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EFB-Forschungsbericht Nr. 393

Verschleißverhalten von Guss- und Sondergusswerkstoffen beim Schneiden

efb393

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Wolfram Volk, Dipl.-Ing. David Jocham, Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München

122 Seiten (sw, 79 teils farbige Abb., 35 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-437-7

Preis (Digital) EUR 60,00

Preis (Print) EUR 74,58

Zusammenfassung

Der Sondergusswerkstoff Austempered Ductile Iron (ADI) wird derzeit als Konstruktionswerkstoff für wenige ausgewählte Bauteile beispielsweise im Antriebsstrang von PKWs verwendet. Eine Anwendung im Werkzeugbau ist bisher noch nicht bekannt. Die Besonderheiten des ADI liegen in der Kombination der positiven Eigenschaften von herkömmlichen Graugusswerkstoffen hinsichtlich Gestaltgebung und Wirtschaftlichkeit mit wesentlich verbesserten mechanischen Eigenschaften.

Im Rahmen des Projekts werden verschiedene ADI-Werkstoffe und Referenzwerkstoffe anhand der Blechgüten DP600 (DP-K34/60) und HX260LAD+Z100 hinsichtlich ihrer Verschleißbeständigkeit beim Scherschneiden im offenen und geschlossenen Schnitt, beim Tiefziehen sowie ihrer Eignung zum Reparatur und Auftragsschweißen untersucht. Ziel ist es für ADI das Anwendungsspektrum als Werkzeugwerkstoff zu erschließen.

Die in diesem Forschungsbericht aufgeführten Ergebnisse zeigen im Rahmen der unter-suchten Standmenge von 50.000 Hub, dass ADI das Potential besitzt herkömmlich gehärtete Graugusswerkstoffe in Schneid- und Umformwerkzeugen aufgrund der besseren Verschleißeigenschaften zu ersetzen.

Das Reparaturschweißen von ADI wird durch eine gezielte Prozessführung ermöglicht. Die erzielten Ergebnisse hinsichtlich Schweißbarkeit legen den Grundstein für weitere Untersuchungen. Durch die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Prozesskette zur Herstellung von ADI Werkzeugen und den Vergleich mit Monoblockwerkzeugen und Werkzeugen in Segmentbauweise aus konventionellen Gusseisen- und Stahlwerkstoffen wird das wirtschaftliche Potential von ADI-Werkstoffen aufgezeigt.

Das IGF-Vorhaben „Verschleißverhalten von Guss- und Sondergusswerkstoffen beim Schneiden“ wurde unter der Fördernummer AiF 16451N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 393 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Abstract

The special casting material austempered ductile iron (ADI) is currently being used as a construction material for a few selected components, for example in the powertrain of cars. An application in tool is not yet known. The specifics of the ADI are the combination of the positive properties of conventional gray cast iron materials regarding shape and economy with significantly improved mechanical properties.

Within the project several ADI materials and reference materials are investigated for their wear behavior while cutting with open and closed cutting line as well as forming sheet grades DP600 (DP-K34/60) and HX260LAD+Z100. To give a repair strategy for damaged tools the suitability of ADI Grades for repair welding was also examined.

The results reported in this research report show the potential for ADI to replace conven-tionally hardened gray cast irons in cutting and forming tools due to better wear properties in the context of the examined life quantity of 50.000 strokes. Repair welding of ADI is possible within a close process window and the right process control. The achieved results regarding weldability lay the foundation for further studies. The economic potential of ADI materials is presented with the economic analysis of the manufacturing process chain of ADI tools and the comparison with monoblock tools and tools consisting of segments using conventional cast iron and steel materials.
 

Inhaltsverzeichnis   

Verzeichnis der Kurzzeichen   
Verzeichnis der Abkürzungen   
1     Einleitung
2     Grundlagen und Stand der Technik
2.1     Sondergusswerkstoff Austempered Ductile Iron
2.2     Scherschneidverfahren
2.2.1     Einteilung der Scherschneidverfahren
2.2.2     Schnittflächenkenngrößen
2.2.3     Werkzeugverschleiß beim Scherschneiden
2.2.4     Konventionelle Werkzeugwerkstoffe beim Scherschneiden
2.3     Tiefziehen
2.3.1     Verfahren Tiefziehen
2.3.2     Werkzeugverschleiß beim Tiefziehen
2.3.3     Konventionelle Werkzeugwerkstoffe in Ziehwerkzeugen
2.4     Fügen durch Schweißen
2.4.1     Metallschutzgasschweißen (MSG)
2.4.2     Laserstrahlschweißen
2.4.3     Schweißbarkeit
2.4.4     Auftragsschweißen
2.4.5     Schweißen von konventionellen Gusseisen
2.4.6     Schweißfehler
3     Zielsetzung und Vorgehensweise
4     Ablaufplan und Versuchsdurchführung
5     Versuchsanlagen und Messeinrichtungen
5.1     Versuchsanlagen
5.1.1     Lochwerkzeug für Versuchsblock I
5.1.2     Folgeverbundwerkzeug für Versuchsblock II
5.1.3     Schnellläuferpresse BSTA
5.2     Messeinrichtungen
5.2.1     Funkenemissionsspektrometer
5.2.2     Mikrohärteprüfer
5.2.3     Profilmessplatz
6     Versuchswerkstoffe
6.1     Blechwerkstoffe
6.2     Werkzeugwerkstoffe Versuchsblock I
6.3     Werkzeugwerkstoffe Versuchsblock II
6.4     Werkstoffe Schweißuntersuchung
7     Versuchsergebnisse
7.1     Verschleißverhalten von ADI beim Lochen
7.1.1     Verschleißverhalten beim Lochen Versuchsreihe I (HX260LAD+Z100)
7.1.2     Bauteilqualität beim Lochen Versuchsreihe I (HX260LAD+Z100)
7.1.3     Verschleißverhalten beim Lochen Versuchsreihe II (DP600)
7.1.4     Bauteilqualität beim Lochen Versuchsreihe II (DP600)
7.2     Verschleißverhalten von ADI beim Abschneiden
7.2.1     Verschleißverhalten beim Abschneiden Versuchsreihe I (HX260LAD+Z100)
7.2.2     Bauteilqualität beim Abschneiden Versuchsreihe I (HX260LAD+Z100)
7.2.3     Verschleißverhalten beim Abschneiden Versuchsreihe II (DP600)
7.2.4     Bauteilqualität beim Abschneiden Versuchsreihe II (DP600)
7.3     Verschleißverhalten von ADI beim Tiefziehen
7.4     Schweißen von ADI
7.4.1     MAG Schweißen von ADI 1050
7.4.2     Laserstrahlschweißen von ADI 1050
8     Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
8.1     ADI WR3 in Schneideinsätzen und Nachformbacken
8.2     ADI in Monoblock Tiefziehwerkzeugen
9     Konstruktions- und Gestaltungsrichtlinien
10     Ergebnisse und Ausblick
11     Bedeutung des Forschungsthemas für KMU
11.1     Nutzung der Forschungsergebnisse in KMU
11.2     Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der KMU
11.3     Aussagen zur industriellen Umsetzung der Ergebnisse
12     Verzeichnisse
12.1     Abbildungsverzeichnis
12.2     Tabellenverzeichnis
13     Literatur
14     Anhang
14.1     Anhang A: Versuchsblock I – Versuchsreihe HX260LAD+Z100, Verschleißverlauf am Stempel bei repräsentativen Messpunkt
14.2     Anhang B: Versuchsblock I – Versuchsreihe DP600  (DP-K34/60), Verschleißverlauf am Stempel bei repräsentativen Messpunkt
14.3     Anhang C: Versuchsblock II – Versuchsreihe HX260LAD+Z100, Verschleißverlauf an Ober- und Untermesser bei Messpunkt 5
14.4     Anhang D: Versuchsblock II – Versuchsreihe DP600  (DP-K34/60), Verschleißverlauf an Ober- und Untermesser bei Messpunkt 5