Strukturierte und DUPLEX behandelte Werkzeuge für die Trockenbearbeitung beim Rundkneten

Abstract

Rundkneten ist ein inkrementelles Massivumformverfahren zur Herstellung von Leichtbaukomponenten aus zylindrischen Halbzeugen. Das konventionelle Rundkneten setzt derzeit große Mengen von Schmiermitteln voraus, um sowohl den Werkzeugverschleiß zu minimieren als auch die gewünschte Bauteilqualität einzustellen. Es besteht Interesse den Rundknetprozess in einer trockenen Prozessführung zu realisieren und somit die Prozesskette bei der Weiterverarbeitung der Werkstücke um kostspielige Reinigungsprozesse zu verkürzen. Für eine trockene Prozessführung werden Makrostrukturen durch Fräsen mit Kugelkopffräsern in die Reduzierzonen der Werkzeuge eingebracht, um tribologische Bedingungen einzustellen, die auch bei trockener Prozessführung zu einem stabilen Prozess und qualitativ hochwertigen Werkstücken führen. Um diese Strukturen zu schützen sowie den Werkzeugverschleiß und die Entstehung von Abriebpartikeln zu minimieren, werden Wolfram dotierte, wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H(:W)) auf die gesamte Umformzone durch reaktives Magnetronsputtern appliziert. Werkstücke, die mit beschichteten Werkzeugen beim Trockenrundkneten hergestellt wurden, weisen zudem vergleichbare oder bessere Werkstückoberflächen auf als unter der konventionellen, geschmierten Prozessführung. Allerdings muss die Schichthaftung auf den Werkzeugoberflächen weiter gesteigert werden, da die Beschichtungen kritisch auf lokale Überbeanspruchungen reagiert. Um einer frühzeitigen Schichtermüdung beim Trockenrundkneten von Stahl effektiv zu begegnen, werden die Werkzeuge nach dem Vergüten zusätzlich plasmanitriert. Im Rahmen dieser Arbeit wird zunächst geprüft, ob eine Übertragbarkeit von plasmanitrierten und anschließend a-C:H(:W) beschichteten Laborproben auf die komplexe Rundknetwerkzeuggeometrie gegeben ist. Zudem werden zwei sogenannte DUPLEX behandelte Werkzeuge gegen Stahl in der trockenen Anwendung getestet und mit den Werkzeugverschleißresultaten der vergüteten Werkzeuge verglichen.