Tiefziehen eines U-Profils mit flüchtigen Medien als Schmierstoffersatz

Abstract

Technische, wirtschaftliche und gesetzliche Vorgaben führen zu gesteigerten Anforderungen an Schmierstoffe in der Blechumformung. Auch die Auswirkungen der Schmierstoffapplikation auf die Umwelt werden immer relevanter. Langfristig ist es das Ziel in der Blechumformung, die verwendete Schmierstoffmenge zu reduzieren, um zukünftig Blechbearbeitungen ohne Schmierstoffe durchführen zu können. Ausgehend vom Bestreben der Trockenumformung wird an der Universität Stuttgart ein neuartiges Verfahren zur Schmierung von Tiefziehprozessen mit flüchtigen Medien als Schmierstoffersatz entwickelt. Dieses Verfahren ermöglicht das Einbringen eines Zwischenmediums unter hohem Druck durch lasergebohrte Mikrolöcher in das tribologische System mit Verzicht auf nachfolgende, kostenintensive Reinigungsprozesse, da die flüchtigen Medien bei der Entspannung auf Umgebungsdruck rückstandslos verdampfen. In der ersten Forschungsphase lag der Schwerpunkt auf dem Nachweis der prinzipiellen Realisierbarkeit dieses neuen Ansatzes. Es konnte in Reibungsuntersuchungen gezeigt werden, dass das Einleiten von flüchtigen Medien in die Wirkfuge zwischen Blechwerkstoff und Werkzeug über lasergebohrte Mikrolöcher möglich ist. Gute Reibungswerte konnten mit flüssigem Kohlenstoffdioxid (CO2) und Stickstoff (N2) erzielt werden. In diesem Zwischenbericht werden weitere Reibungsuntersuchungen mit diesen beiden Medien vorgestellt. Schwerpunkt liegt hier auf der Auswahl der, in Bezug auf die Reibung, optimalen Gestaltung der Mikrobohrungen (Durchmesser, Düsenart und Anzahl) sowie auf umfangreichen Untersuchungen, wie diese Mikrolöcher mittels Laserbohren hergestellt werden können. Zudem wird ein neuer Prüfstand mit optischer Zugänglichkeit zur Wirkfuge beim Streifenziehen vorgestellt. Mit diesem Prüfstand kann der Aggregatszustand und das Ausströmverhalten des CO2 untersucht werden. Diese Untersuchungen dienen als Grundlage für die erstmalige Umsetzung des neuen Ansatzes zur Trockenumformung in einem Tiefziehwerkzeug. Der Aufbau dieses Werkzeugs zum Tiefziehen eines U-Profils wird hier detailliert vorgestellt. In ersten Versuchen wird gezeigt, dass ein Tiefziehen mit CO2 als temporär wirkendes Schmiermittel möglich ist und dass dieser Ansatz nicht nur ein Ersetzen von mineralölbasierten Schmierstoffen zu ermöglichen scheint, sondern sogar eine Verbesserung des tribologischen Systems in Bezug auf auftretende Reibunskräfte in der Blechumformung bewirkt. Mit diesen Versuchen zur Umsetzung des neuen Tribosystems in einem Tiefziehwerkzeug wird somit, nach Aufzeigen der prinzipiellen Machbarkeit in der ersten Förderperiode, das nächste Teilziel zur Realisierung des Trockenumformens erreicht.