Grundlagenuntersuchungen zur Herstellung von Lasermikrobohrungen in Stahl und dem Ausströmverhalten von CO2 als Trockenschmiermedium

Abstract

Technische, wirtschaftliche und gesetzliche Vorgaben führen zu gesteigerten Anforderungen an Schmierstoffe der Blechumformung. Auch die Auswirkungen auf die Umwelt werden immer relevanter. Langfristig ist das Ziel, die verwendete Schmierstoffmenge zu reduzieren, um zukünftig Blechbearbeitungen ohne Schmierstoffe durchführen zu können. Ausgehend vom Bestreben der Trockenumformung wird ein neuartiges Verfahren zur Schmierung von Tiefziehprozessen mit flüssigem CO als Schmierstoffersatz entwickelt. Dieses Verfahren ermöglicht das Einbringen eines Zwischenmediums in das tribologische System mit Verzicht auf nachfolgende, kostenintensive Reinigungsprozesse, da das flüssige CO bei der Entspannung auf Umgebungsdruck seinen Aggregatszustand ändert und rückstandslos verdampft. Die Zuführung erfolgt dabei direkt in der Wirkfuge über lasergebohrte Mikrolöcher. Es wird gezeigt, dass mit La- serpulsen mit Pulsenergien von bis zu 2,3 mJ und einer Pulsdauer von 8 ps 12 mm dicker, nichtrostender Stahl in weniger als 50 Sekunden (pro Loch) gebohrt werden kann. Erst durch diese relativ kurzen Prozesszeiten wird es möglich sein, ausreichend viele Löcher für Werkzeuge für industrielle Anforderungen zu erzeugen und anschließend im Modellversuch â Streifenziehen mit Flachbahnâ auf ihre grundsätzliche Eignung zu verifizieren. Zur Verteilung des CO werden in die Oberfläche von Umformwerkzeugen lasergenerierte Strukturen eingebracht. Zur Beurteilung der ablaufenden Prozesse und zur Beschreibung des tribologischen Systems wurden Untersuchungen zum Benetzungsverhalten von Werkzeug und Blech in einem Druckreaktor durchgeführt.