EFB-Forschungsbericht Nr. 115

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Minimierung der Schmierstoffmenge bei der Umformung von Tiefziehblechen unterschiedlicher Oberflächenfeingestalt

Verfasser:
Dieter Schmoeckel, Johannes Staeven, Jan Filzek

ISBN: 978-3-86776-247-2 - 186 Seiten (s/w), 87,70 EUR


Zusammenfassung

Die Ergebnisse der Streifenziehversuche haben gezeigt, daß in Abhängigkeit von der Topografie des Bleches eine charakteristische Schmierstoffmenge existiert, ab der sich das tribologische Verhalten ändert. Insbesondere beim niedrigviskosen Schmierstoff führt eine Erhöhung der Schmierstoffmenge über diese Grenze hinaus kaum zu einer weiteren Senkung der Reibungszahlen.

Beim höherviskosen Schmierstoff ist die Grenze nicht so deutlich ausgeprägt. Wenn neben hoher Schmierstoffviskosität hohe Gleitgeschwindigkeiten und eine hydrodynamische Effekte unterstützende Topografie vorliegen, dann kann auch eine über die charakteristische Grenze hinausgehende Schmierstoffmenge zu einer weiteren Senkung der Reibungszahl führen.

Die charakteristische Schmierstoffmenge kann durch die Vermessung der Oberfläche bestimmt werden. Das Leervolumen der Topografie entspricht der charakteristischen Schmierstoffmenge, wenn die Einglättung der Spitzen und der Welligkeit der Topografie infolge des tribologischen Kontakts berücksichtigt wird. Werden Spitzen und Welligkeit nicht mit geeigneten Methoden aus den Messdaten herausgerechnet, dann wird eine deutlich zu hohe Schmierstoffmenge ermittelt.

Wie groß die Anteile von Spitzen und Welligkeit sind, die während der Reibung eingeglättet werden, hängt neben den Werkstoffeigenschaften von den tribologischen Beanspruchungsbedingungen ab. In den komplexen realen Ziehwerkzeugen ändern sich die Beanspruchungsbedingungen während der Umformung in weiten Grenzen. Messungen an einem Realteil (Pedaltopf) haben ergeben, daß sich das im unbelasteten Blech vorhandene Leervolumen durch Einglättung und Aufrauhung infolge freier Dehnung um ±50% ändern kann. Zur Abschätzung der zwischen Werkzeug und Blech eingeschlossenen Schmierstoffmenge müßte die Wandlung der Oberfläche berechnet werden. Wie die Ergebnisse der FE-Simulation des Pedaltopfes zeigen, erscheint es derzeit nicht möglich, die komplexe Wandlung der Oberfläche als Funktion des Ortes und der Zeit mit vertretbarem Aufwand zu berücksichtigen. Es werden deshalb einfachere Methoden benötigt, mit denen Einglättung und Aufrauhung der Topografie berücksichtigt werden können.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, mit der in Abhängigkeit von Beanspruchung und Topografie die zum Ziehen erforderliche Schmierstoffmenge abgeschätzt werden kann. Je nach geforderter Genauigkeit und nach möglichem Aufwand kann die Berechnung anhand einfacher 2D- Kenngrößen oder funktionsorientiert gefilterter 3D-Kenngrößen erfolgen.

Besonders beim Einsatz von Anlagen, die eine sektorielle Beölung der Bleche ermöglichen, besteht damit eine effiziente Methode, die Beölungsmenge den jeweiligen Beanspruchungsbedingungen und der Topografie anzupassen.


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