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EFB-Forschungsbericht Nr. 072

Umformverhalten von oberflächenveredelten Feinblechen aus Aluminiumlegierungen unter besonderer Berücksichtigung der tribologischen Verhältnisse

EFB72.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Klaus Siegert, Dipl.-Ing. Stefan Wagner, Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart

96 Seiten (Sw 87 Abb.)

ISBN: 978-3-86776-024-9

Preis (Digital) EUR 45,00

Preis (Print) EUR 50,30

Schlagworte: Schmierstoff, Aluminiumblech, tribologisch, Fügetechnik

Zusammenfassung

Die hier vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, das tribologische Verhalten verschiedener oberflächenveredelter Aluminiumblechvarianten zu ermitteln. Zum Einsatz kamen die Modellversuche Streifenziehversuch ohne Unilenkung und der am Institut entwickelte modifizierte Duncan-Shabel-Test. Insgesamt standen zehn verschiedene Beschichtungsvarianten zur Verfügung.
Die Chromatierung bietet bei der Ziehteileherstellung nur geringfügige tribologische Vorteile, wohingegen eine Phosphatierung oder eine künstliche Anodisation der Oberfläche ein besseres Adhäsionsverhalten gegenüber dem unbeschichteten Aluminiumblech zur Folge haben.
Chromfreie Konversionsbehandlungen sind aufgrund der sehr dünnen Schicht ebenfalls anfällig für das Auftreten von Adhäsionserscheinungen.

Demgegenüber erscheinen Bonazinc-Beschichtungen aus ziehtechnischer Sicht sehr interessant. Selbst bei hohen Flächenpressungen unter dem Niederhalter bricht das Tribosystem nicht zusammen und es kommt nicht zu Kaltverschweißungen zwischen Blech und Werkzeug. Je nach Beschichtungsaft bzw. Wahl der Bonazinc-Beschichtungsvariante ergeben sich unter sonst gleichen Bedingungen unterschiedliche Reibungszahlen. Diese Reibungszahlen sind vergleichsweise hoch.
Die auf Acrylatbasis hergestellte organische Beschichtungsvariante Wasserprimer ist aufgrund der Ergebnisse eine interessante Alternative zu Bonazinc, insbesondere auch deshalb, weil es sich hierbei um einen elektrisch leitfähigen Primer handelt.

Die aus Polyurethan hergestellte Beschichtungsvariante Chip-resistant zeigt ebenfalls ein gutes Reibungs- und Adhäsionsverhalten, die Steuerung des Materialflusses unter dem Niederhalter wird bei Verwendung dieser Variante allerdings schwierig.
Bei allen Beschichtungsvarianten ist eine genaue Abstimmung des Werkzeugwerkstoffes und der Legierungselemente des eingesetzten Schmierstoffes erforderlich. Es lassen sich keine generellen Aussagen über optimale Schmierstoffe und Werkzeugwerkstoffe machen.

Im weiteren Schritten muß eine genaue Untersuchung des Tiefziehverhaltens oberflächenveredelter Aluminiumbleche vorgenommen werden. Neben dem tribologischen Verhalten müssen Gesichtspunkte wie

  • Haftung der Schicht beim Umformen
  • Abrieb, Verschleiß
  • Lackierverhalten
  • Reproduzierbarkeit der Beschichtung
  • Fügetechnik
  • Verträglichkeit mit anderen Werkstoffen

beachtet werden.

Das Forschungsvorhaben „Umformverhalten von oberflächenveredelten Feinblechen aus Aluminiumlegierungen unter besonderer Berücksichtigung der tribologischen Verhältnisse“ wurde unter der Fördernummer AiF9303 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. 72 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Kenntnisse
2.1 Verfahren zur Herstellung beschichteter Aluminiumbleche
2.1.1 Natürliche Oxidschicht
2.1.2 Verfahrensübersicht
2.1.3 Verstärkung der natürlichen Oxidschicht durch anodische Oxidation
2.1.4 Chromatierschichten
2.1.5 Chromfreie Konversionsbehandlungen
2.1.6 Phosphatierung
2.1.7 Preprimed Aluminiumband
2.1.8 KTL-Ersatzbeschichtung
2.2 Umform- und tribologisches Verhalten beschichteter Aluminiumbleche
3 Zielsetzung, Lösungsweg
3.1 Ziel des Forschungsvorhabens
3.2 Vorgehensweise
4 Versuchseinrichtungen
4.1 Streifenziehanlagen
4.2 Modifizierter Duncan-Shabel-Test
4.3 Modifiziertes Kugelfallviskosimeter
4.4 3D-Oberflächenmeßgerät
5 Verwendete Beschichtungsvarianten, Versuchsmaterial
5.1 Blechwerkstoffe
5.1.1 Übersicht Beschichtungsvarianten
5.1.2 Charakterisierung Blechwerkstoffe
5.1.3 Charakterisierung der Beschichtung
5.2 Schmierstoffe
5.3 Werkzeugwerkstoffe
6 Versuchsergebnisse
6.1 Modellversuch "Streifenziehen ohne Umlenkung"
6.1.1 Variation Beschichtung, Adhäsionsverhalten
6.1.2 Variation Werkzeugwerkstoff
6.1.3 Variation Schmierstoff
6.1.4 Oberflächenveränderung
6.2 Modellversuch "Streifenziehen mit Umlenkung"
6.2.1 Variation Beschichtung
6.2.2 Variation Ziehringradius
6.2.3 Variation Werkzeugwerkstoff
6.2.4 Variation Schmierstoff
6.3 Einglättungsverhalten beim Tiefziehen
6.4 Bewertung und Vergleich der Beschichtungsvarianten
6.5 Viskositätsmessungen
7 Zusammenfassung und Ausblick
Literatur
Anhang
Anhang 1: mechanische Kennwerte
Anhang 2: 3D-Oberflächenaufnahmen
Anhang 3: VDT-Diagramme