Einfluss von Oberflächenstrukturierungen auf die Stempelkraft beim Vollvorwärtsfließpressen von 16MnCr5

Abstract

Durch rechtliche Bestimmungen sowie aufgrund von ökonomischen und ökologischen Bedenken wird die Reduktion von Schmierstoffen in Umformprozessen angestrebt. Im Schwerpunktprogramm (SPP) 1676 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) widmet man sicher dieser Ausgangssituation mit der Erforschung umweltfreundlicher Tribosysteme in der Umformtechnik. Insbesondere stehen Tribosysteme im Fokus, die keine zusätzlichen Prozessschritte, wie das Aufbringen und Entfernen von Schmierstoffen, benötigen. In Kooperation mit dem Institut für Oberflächentechnik (IOT) der RWTH Aachen University erforscht das Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen University das Vollvorwärtsfließpressen (VVFP) im Hinblick auf einen trockenen Umformprozess. Werkzeugseitig untersucht das IOT die speziell für das Beanspruchungskollektiv der Kaltmassivumformung hergestellten selbstschmierenden (Cr,Al)N X:S (X = Mo, W) PVD-Beschichtungen. Werkstückseitig untersucht das WZL die Aufbringung unterschiedlicher Oberflächenstrukturierungen, um damit die Reibungszustände gezielt anzupassen und dadurch ein trockenes VVFP zu ermöglichen. Die Wirkmechanismen zwischen strukturierten Halbzeugoberflächen und Werkzeugen, die eine selbstschmierende Beschichtung aufweisen, sind vor allem in Bezug auf Reibung und Verschleiß unbekannt. Das Ziel des Forschungsansatzes ist die Ermittlung einer optimierten Halbzeugstrukturierung unter Verwendung beschichteter Matrizen zur Reduktion der Reibschubspannung beim Fließpressen. Die Versuche wurden durch beschichtete und unbeschichtete Werkzeuge erweitert, um die Reduzierung der Prozesskräfte aufgrund der Beschichtung zu belegen. Die umgeformten Halbzeuge wurden vor und nach dem Pressen durch ihre Geometrie, Oberflächenrauheit und Härte charakterisiert. Ein Fokus lag auf der unterschiedlichen Einebnung der Oberflächenstrukturen. Die Analyse zeigte die optimale Oberflächenstruktur für ein Werkstück in einem geschmiertes Tribosystem im Hinblick auf eine Reduzierung der Prozesskräfte auf. Aus den Ergebnissen lässt sich ein angepasstes Tribosystem für das trockene VVFP ableiten.