Modellierung des Tribosystems beim trockenen Vollvorwärtsfließpressen mithilfe eines erweiterten Reibmodells

Abstract

Werkzeuge in der Kaltmassivumformung sind hohen Prozessbelastungen ausgesetzt. Zur Reduzierung dieser Prozessbelastung werden Fest- und Flüssigschmierstoffe eingesetzt. Der Einsatz von Schmierstoffen ist jedoch aus ökologischen, ökonomischen und gesetzlichen Gründen nachteilig. Neuartige Ansätze in der Kaltmassivumformung zielen auf die Verwendung von ökologisch unbedenklichen Schmierstoffen oder die vollständige Vermeidung des Einsatzes von Schmierstoffen ab. Dieser Beitrag konzentriert sich auf die Substitution von Schmierstoffen beim Kaltfließpressen durch Oberflächentexturen auf den Halbzeugen und einer selbstschmierenden Beschichtung auf dem Werkzeug. Das Potenzial von Oberflächenstrukturen an Halbzeugen und selbstschmierenden Werkzeugbeschichtungen zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß beim trockenen Vollvorwärtsfließpressen wurde in Vorarbeiten durch Analogieuntersuchungen nachgewiesen. Analogieuntersuchungen unter trockenen tribologischen Randbedingungen haben positive Ergebnisse in Vorarbeiten erbracht und im Zuge dieses Beitrags wurden trockene Vollvorwärtsfließpressversuche durchgeführt. Hierbei lag der Schwerpunkt der Untersuchungen auf der Machbarkeit sowie in der Selektion der potenziell besten Kombination aus Oberflächentextur der Halbzeuge und Werkzeugbeschichtung in Bezug auf Reibung und Verschleiß. Zur Untersuchung wurde neben der Presskraft auch die Oberfläche der Fließpresswerkzeuge mittels REM analysiert. Parallel wurde der Prozess durch eine validierte numerische FE-Prozesssimulation mit der Simulationssoftware Forge NxT 2.1 unterstützt. Hierbei wurde ein Ansatz mithilfe eines erweiterten Reibmodells gewählt, um den Kraftverlauf quantitativ genauer ab-zubilden. Der Vollvorwärtsfließpressprozess konnte ohne Schmierstoff durchgeführt werden und die Proben ohne Schädigung ausgeworfen werden. Es wurde beobachtet, dass der höchste Verschleiß der Matrizen nicht in dem Bereich mit der höchsten Werkzeugbelastung, sondern in dem Bereich mit relativ geringer Belastung auftrat. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass es bisher kein für das Kaltfließpressen geeignetes Verschleißmodell gibt.