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EFB-Forschungsbericht Nr. 154

Einfluss des Werkzeugwerkstoffes auf das Umformergebnis von Aluminiumblechen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Ing. Günter Deiler, Dipl.-Ing. Torsten Hallfeldt, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Universität Hannover, Prof. Dr. rer.nat. habil. Ulrich Wendt, Dr. rer.nat. Steffi Traufelder, Institut für Werkstofftechnik und Werkstoffprüfung der Universität Magdeburg

102 Seiten (Sw 92, teils farbige Abb., 5 Tab)

ISBN: 978-3-86776-283-0

Preis (Digital) EUR 45,00

Preis (Print) EUR 50,30

Zusammenfassung

Bei den Untersuchungen zum Einfluss des Werkzeugwerkstoffes auf das Ziehergebnis von Aluminiumblechen wurde mit Erfolg der methodische Ansatz einer Korrelation von umformtechnischen und werkstofftechnischen Ergebnissen verfolgt. Ein wichtiger Aspekt war dabei die lokale Werkstoffuntersuchung, die auf die Charakterisierung des chemischen Zustandes, der Topographie, sowie von Adhäsion und Reibung gerichtet war. Unterschiedliche Beanspruchungszustände der Werkzeugwerkstoffe wurden durch Verschleißversuche mit bis zu 26.000 Belastungszyklen in einem Verschleißprüfstand erzeugt. Die Ergebnisse der Verschleißprüfung wurden orientierend durch Tiefziehversuche zur Herstellung eines Trapezteiles untermauert. Aus den Resultaten des Projektes ergeben sich konkrete Kriterien für die Auswahl der Werkzeugwerkstoffe.

Für Kleinserien und die Prototypenfertigung bieten sich Kunststoffe auf Polyurethanbasis als kosten- und fertigungsgünstige Werkzeugwerkstoffe an. Sie ermöglichen die Wahl einer für die jeweilige Werkzeuggeometrie maßgeschneiderten Zusammensetzung und Fertigungsvariante.

Bei der Verwendung von Werkzeugen für die Mittel- und Großserienfertigung wird der Einsatz von oberflächenbehandelten Stählen empfohlen. Die besten Tiefziehergebnisse hinsichtlich Verschleißwiderstand und Qualität der Tiefziehteile konnten mit dem Werkzeugwerkstoff 1.2379 / plasmanitriert erreicht werden. Eine CrN-Beschichtung auf diesem Stahl erwies sich als weniger gut geeignet.

Als wichtiges Kriterium für die Werkstoffauswahl wurde erkannt, dass bei Oberflächenmodifizierungen eine Abstimmung der Eigenschaften des Grundwerkstoffs und der Beschichtung wesentlich für die Anwendung ist. Die Werkzeugoberflächen sollen eine geringe Rauheit aufweisen. Nachteilig sind Werkstoffe, bei denen lochartige Vertiefungen durch Herausreißen von Gefügebestandteilen entstehen. Dem Effekt der Schmiertaschenwirkung steht hier der Nachteil gegenüber, dass in diese Vertiefungen Aluminium eingelagert werden kann, das dann als Abriebpartikel zur Riefenbildung führt. Das ist die Ursache dafür, dass trotz der guten Reibungseigenschaften der CrN - Beschichtung die Oberflächenqualität der Tiefziehbleche geringer als beim plasmanitrierten Kaltarbeitsstahl ist. Diese Gründe sind auch für die relativ schlechten Eigenschaften der Werkstoffe GS - 60 / vergütet, GS - 60 / hartverchromt und GGG - 70L in Bezug auf ihre Eignung als Werkstoff für Tiefziehwerkzeuge verantwortlich.

Aus den Ergebnissen lassen sich wertvolle Hinweise für weitere Untersuchungen zum Verhalten beim Tiefziehen unter Einbeziehung anderer Werkstofftypen und von für das Tiefziehen bisher nicht erprobten Werkstoffen und Werkstoffkombinationen ableiten.

Das Forschungsvorhaben „Einfluss des Werkzeugwerkstoffes auf das Umformergebnis von Aluminiumblechen“ wurde unter der Fördernummer AiF 11839B 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. 154 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1. Einleitung
2. Ausgangssituation
3. Stand der bisherigen Forschung
3.1 Problematik bei der Umformung von Aluminiumlegierungen
3.2 Untersuchung des Tribosystems Werkzeugwerkstoff-Schmierstoff-Blechwerkstoff
3.3 Qualitative und quantitative topographische Beschreibung der Oberflächen
3.4 Mechanische Eigenschaften der Werkzeugwerkstoffe
3.5 Chemische Charakterisierung der Oberflächen
4. Zielsetzung
5. Experimenteller Teil
5.1 Materialien
5.2 Untersuchungsmethoden
5.2.1 Umformtechnische Untersuchungen
5.2.1.1 Verschleißmessungen
5.2.1.2 Tiefziehpresse und Werkzeug
5.2.1.3 Kenndaten
5.2.1.4 Untersuchung der Probenkantengeometrie
5.2.2 Werkstoffkundliche Untersuchungen
5.2.2.1 Mechanische Kennwerte, Mikrohärte, Kugeleindruckhärte
5.2.2.2 Gefügeuntersuchungen
5.2.2.3 Oberflächentopographie
5.2.2.4 Adhäsion/Reibung
5.2.2.5 Chemischer Oberflächenzustand
6. Ergebnisse
6.1 Herstellung der Probekörper und Ziehringe
6.2 Ergebnisse der umformtechnischen Untersuchungen
6.2.1 Ergebnisse der Verschleißprüfungen
6.2.2 Ergebnisse der Tiefziehversuche
6.3 Ergebnisse der werkstoffkundlichen Untersuchungen
6.3.1 Charakterisierung der Werkstoffe im Ausgangszustand
6.3.1.1 Gefügeuntersuchung
6.3.1.2 Härte
6.3.1.3 Rauheitskennwerte
6.3.1.4 Oberflächentopographie (REM, CLSM, AFM)
6.3.1.5 Adhäsion / Reibung
6.3.2 Charakterisierung der Werkstoffe nach der Verschleißprüfung
6.3.2.1 Oberflächentopographie
6.3.2.2 Adhäsion/Reibung
6.3.2.3 Chemischer Oberflächenzustand
6.3.3 Charakterisierung der Werkstoffe nach den Tiefziehversuchen
6.3.3.1 Oberflächentopographie
6.3.3.2 Adhäsion/Reibung
7. Diskussion der Ergebnisse
7.1 Korrelation zwischen den Eigenschaften der Werkzeugwerkstoffe und den Ziehergebnissen
7.2 Erarbeiten von Kriterien für die Auswahl von Werkzeugwerkstoffen
8. Zusammenfassung
9. Literatur