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EFB-Forschungsbericht Nr. 159

Optimierung von kohlenstoffbasierten Werkzeugbeschichtungen für das Innenhochdruckumformen von rostfreiem Stahl sowie Aluminium-Legierungen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Lutz Klose, Dipl.-Ing. Pavel Suchmann, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz , Prof. Dr. Günther Bräuer, Dr. Klaus Traube, Dr.-Ing. Klaus Bewilogua, Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik Braunschweig

64 Seiten (Sw 32, teils farbige Abb., 9 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-288-5

Preis (Digital) EUR 35,00

Preis (Print) EUR 39,60

Zusammenfassung

Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen lassen sich in folgende Schwerpunkte zusammenfassen:

  •  in den tribologischen Voruntersuchungen wurde bestätigt, dass die DLC beschichteten Oberflächen im Vergleich mit den unbeschichteten bzw. mit anderen Hartstoffschichten beschichteten Oberflächen wesentlich niedrigere Reibwerte aufweisen. Weiterhin bringt die DLC-Beschichtung eine signifikante Verbesserung der Verschleißbeständigkeit der Oberfläche.
  •  Für das IHU von Aluminiumlegierungen hat sich die Verwendung von DLC beschichteten Werkzeugen als bedingt geeignet gezeigt. Der Beitrag der Beschichtung für die Erhöhung der Standmenge ist nur dann zu erwarten, wenn bei dem IHU keine großen Nachschiebewege realisiert werden. Diese Aussage wurde durch den Serieneinsatz bestätigt.
  • Die Verwendung eines HF-DLC-beschichteten IHU-Werkzeuges beim Umformen von Edelstahlrohren führt zu einer signifikanten Erhöhung der Standmenge gegenüber dem herkömmlichen Stahlwerkzeug ohne Beschichtung. Der Unterschied ist besonders gut auf der Entwicklung der Rauheit in der Querrichtung zu beobachten.
  • Die Verwendung eines DLC-beschichteten IHU-Werkzeuges führt bei der Umformung von Edelstahlrohren zu einer wesentlichen Verbesserung der Oberflächenqualität des Werkstückes.
  • Die Standzeit der DLC-Schicht beim IHU von Edelstahlrohren 60x1 ohne Schmierung beträgt mehrere Hundert Teile. Nach 200 Teilen waren im Nachschiebebereich erste Schadstellen zu beobachten.
  • Im Rahmen eventueller Fortsetzung der themenbezogenen Arbeiten ist in der ersten Reihe das Verhalten der DLC-Schicht unter Verwendung von verschiedenen Werkstoffen und Schmierstoffen zu untersuchen.

Das Forschungsvorhaben „Optimierung von kohlenstoffbasierten Werkzeugbeschichtungen für das Innenhochdruckumformen von rostfreiem Stahl sowie Aluminium-Legierungen“ wurde unter der Fördernummer AiF 11830B von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 159 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Ausgangssituation
2 Stand der Kenntnisse
3 Forschungsziel und Lösungsweg
3.1 Zielstellung
3.2 Vergehensweise und Arbeitsschritte
3.2.7 Auswahl relevanter Werkzeugaktivzonen und Festlegung der Versuchswerkstoffe
3.2.2 Theoretische und labortechnische Untersuchungen
3.2.3 Bau, Modifizierung und Beschichtung der erforderlichen Werkzeugaktivteile
3.2.4 Experimentelle Untersuchungen mit IHU-Versuchswerkzeugen
3.3 Aufteilung der Arbeiten der beteiligten Institute
4 Auswahl eines geeigneten Demonstrators
4.1 Bauteilegeometrie und Werkzeug
4.2 Eingesetzte Werkstückwerk- und Schmierstoffe
4.3 Eingesetzte Werkzeugwerkstoffe und Beschichtungen
5 Tribologische Voruntersuchungen
5.1 Ermittlung der Reibkoeffizienten im Streifenzug
5.2 Dauerversuche für Trendaussagen
5.2.7 Entwicklung des Reibwertes
5.2.2 Ermittlung des Abrasivverschleißes im Kalottentest
5.2.3 Tiefziehversuche mit beschichtetem Ziehring
5.3 Bewertung der Ergebnisse
6 Praktische Untersuchungen zum IHU
6.1 Versuchseinrichtung
6.2 Realbelastungen im IHU-Werkzeug
6.3 Untersuchungen mit Aluminiumwerkstoff
6.4 Untersuchungen mit Edelstahl
6.4.1 Ergebnisse der Rauheitsmessung am Werkzeug
6.4.2 Ergebnisse der Rauheitsmessung am Werkstück
6.4.3 Einfluß der Schicht auf die Geometrie der Werkstücke
6.3.4 Verhalten bezüglich Versagenstalleintritt
7 Erfahrungen im Serieneinsatz
8 Zusammenfassung
9 Literatur