Trockenumformen niedriglegierter Stahlwerkstoffe durch Vollvorwärts-fließpressen mit selbstschmierender Werkzeugbeschichtung und strukturierten Halbzeugen

 

Antragsteller: Bobzin, Klocke (Aachen)

Werkstoffe: 16MnCr5, 42CrMo4

Methoden: experimentelle Quantifizierung, numerische Modellierung (Vollvorwärtsfließpressen)

Die Kaltmassivumformung ist aufgrund ihrer Energie- und Resourceneffizienz ein bedeutendes Fertigungsverfahren für Großserienfertigung. Um die Kaltmassivumformung prozesssicher durchzuführen, sind Schmierstoffe unabdingbar. Die Verwendung von Schmierstoffen ist jedoch aus ökonomischen und ökologischen Gründen zu hinterfragen. In der Blechumformung konnte eine Substitution von Schmierstoffen durch ein geeignetes Tribosystem bereits erzielt werden. In der Kaltmassivumformung sind die Prozesslasten wie Kontaktnormalspannung und Reibschubspannung höher. Die Reibzustände in der Kaltmassivumformung sind nicht ausreichend untersucht, um gezielt Stellgrößen zu verändern. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die erweiterte Modellbildung beim trockenen Vollvorwärtsfließpressen (VVFP) zur Erklärung der tribologischen Wechselwirkungen zwischen einer strukturierten Halbzeugoberfläche und einer örtlich angepassten und zeitlich abhängigen selbstschmierenden PVD-Beschichtung auf Basis des HPPMS (High Power Pulsed Magnetron Sputtering) Verfahrens.

Durch eine Strukturierung der Halbzeuge und eine selbstschmierende Werkzeugbeschichtung wird das Potenzial einer Trockenumformung beim VVFP untersucht. Mithilfe von Stift-auf-Zylinder Tribometeruntersuchungen erfolgt eine grundlegende Untersuchung des Einflusses der Oberflächenstruktur auf die Reibschubspannung. Die Erkenntnisse werden auf den Vollvorwärtsfließpressprozess angewendet und erneut validiert. Mithilfe von validierten numerischen FE-Prozesssimulationen erfolgt dann die Abbildung der Reibzustände des Prozesses in einem neuen Ansatz der Reibungsmodellierung.

•           Grundlagenuntersuchungen der Einflüsse von Oberflächenstrukturen und selbstschmierenden Werkzeugbeschichtungen auf den Reibzustand.

•           Ermittlung der Ursache-Wirkungszusammenhänge beim trockenen VVFP

 

Ziel:

Das Zielbesteht in der experimentellen Quantifizierung und numerischen Modellierung der Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen einer strukturierten Halbzeug-oberfläche und einer VVFP-Matrize mit einer selbstschmierenden (Cr,Al)N+XS2 (X=Mo, W) Beschichtung hinsichtlich der Reibschubspannung. Dies erlaubt die erstmalige Erforschung der trockenen Prozessbedingungen unter Berücksichtigung eines mehrachsigen Spannungszustandes im Halbzeug beim VVFP. Darüber hinaus die analytische Beschreibung des Einflusses der Halbzeugtopografie, der Kontaktnormalspannung, der Relativgeschwindigkeit und der Temperatur auf den Coulombschen Reibungsanteil beim VVFP.

 

Prof. Dr.-Ing. Kirsten Bobzin
Projektleitung
M. Sc. Dennis C. Hoffmann
Projektbearbeiter
+49 241 809 59 55
Prof. Dr.-Ing. Fritz Klocke
Projektleitung
M.Sc. Rafael Hild
Projektbearbeiter
+49 241 80 28213
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