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EFB-Forschungsbericht Nr. 009

Verschleißmessung an Schnittwerkzeugen für Praxis und Forschung

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Phys. Bernd Fugger, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover

154 Seiten (Sw 79 Abb., 13 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-094-2

Preis (Digital) EUR 49,00

Preis (Print) EUR 55,60

Schlagwörter: Verschleißmessung, Schneidpresse, 3d-Erfassung

Zusammenfassung

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sind Vers6hleißmeßverfahren zur Messung des Kantenverschleißes an Schneidelementen entwickelt und erprobt worden.
Ein einfach zu handhabendes Verschleißmeßgerät, anwendbar für Messungen an Schneidstempel und -matrizen, ist durch Einsatz eines elektronischen Fühlhebelmeßtasters realisiert worden. Durch Kombination von Stirnflächenmessung und Mantelflächenmessung ergibt sich die geschlossene verschlissene Schneidkantenkontur.

Für Verschleißmessungen mit höchster Genauigkeit und exakter Erfassung der räumlichen Verteilung des Verschleißes sind die Einsatzmöglichkeiten berührungslos messender optischer Verfahren untersucht worden. Neben Untersuchungen mit der Interferenzmikroskopie und Höhenschichtlinienverfahren sind speziell holografische Verfahren erprobt worden. Die gewonnenen Ergebnisse zeigen jedoch, daß aufgrund der diffusen Reflektion des eingesetzten Laserlichts auf der zu prüfenden Oberfläche eine Messung mit ausreichend hoher Genauigkeit zur Zeit nicht möglich ist. Durch Weiterentwicklung spezieller optischer Filtermethoden könnte dies in Zukunft möglich sein.

Zur Verschleißmessung mit hoher Genauigkeit und exakter Erfassung der Verschleißform ist ein rechnergesteuertes Verschleißmeßsystem entwickelt worden. Diese Neuentwicklung eines Meßsystems wurde notwendig, da aufgrund der Systemfehler eines vorhandenen Schneidkantenprofilabtastgerätes die genaue meßtechnische Erfassung der verschlissenen Kontur nur begrenzt möglich ist. Zur weitest gehenden Automatisierung der Meßwerterfassung und Meßwertauswertung ist das Meßsystem direkt mit einem Tischrechner gekoppelt.

Die interessierenden Verschleißgrößen und die Verschleißform werden nach Korrektur der Systemfehler nach der Messung berechnet. Durch Realisierung des Konzepts der rechnergesteuerten Meßdatenerfassung und -auswertung konnte ein exaktes Verschleißmeßsystem entwickelt werden. Das Ergebnis der Verschleißmessung steht ohne weitere manuelle Auswertung sofort dokumentiert zur Verfügung. Durch diese weitestgehende Automatisierung ist erreicht worden, daß das neuentwickelte Verschleißmeßsystem exakte Messungen ermöglicht.

Weiterhin ist es anwendungsfreundlich durch die problemlose Bedienung und damit praxisnah.
Zur Beurteilung des Einflusses von Werkzeug- und Werkstückwerkstoff auf den Verschleiß und auf die Grathöhe sind Schneidversuche mit schwingungsfreiem Schneidvorgang und der Messung der o.g. Größen durchgeführt worden. Zur Verschleißmessung ist das neuentwickelte Verschleißmeßsystem eingesetzt worden. Zur Charakterisierung des Einflusses von Werkzeug- und Werkstückwerkstoff auf die Standmenge ist jeweils die Schneidbarkeit als Kenngröße bestimmt worden.

Als Werkzeugwerkstoffe werden in den Schneidversuchen der Einsatz von drei bewährten Kaltarbeitsstählen und einem Schnellarbeitsstahl untersucht. Versuchsblechwerkstoffe sind vier Elektroblechqualitäten, die durch ihre verschiedene Zusammensetzung und Herstellung sehr unterschiedliche technologische Eigenschaften besitzen. Bei der Versuchsdurchführung Sind alle 4 Blechwerkstoffe mit allen 4 Werkzeugwerkstaffen geschnitten worden.
Keiner der 4 untersuchten Werkzeugwerkstoffe zeichnet sich beim Schneiden der Blechqualitäten durch in allen Fällen besonders gute Eigenschaften bzgl. der Schneidhaltigkeit aus.
Als am wenigsten geeignet zum Schneiden der untersuchten Blechqualitäten erweist sich der eingesetzte Schnellarbeitsstahl.

Insgesamt am besten zu beurteilen ist der Kaltarbeitsstahl 1.2436. Bei den Blechqualitäten zeigt es sich, daß die Schneidbarkeit der hochsilizierten relativ spröden Bleche in allen Fällen sehr deutlich über der der beiden anderen Blechqualitäten liegt. Die duktilste Blechqualität ruft den stärksten Verschleiß an der Mantelfläche hervor. Das kaltgewalzte Blech bewirkt den größten Verschleiß an der Stirnfläche und im unmittelbaren Bereich der Schneidkante. Parallel dazu tritt bei dieser Blechqualität auch die höchste Grathöhe am Schnittteil auf.

Zur Ermittlung des Schwingungseinflusses auf den Verschleiß sind 3 Blechwerkstoffe jeweils mit 2 Werkzeugwerkstoffen geschnitten worden ohne Durchführung des schwingungsfreien Schneidvorgangs und die Verschleißgrößen gemessen. Ein deutlicher Schwingungseinfluß auf den Verschleiß konnte beim Schneiden dieser Blechqualitäten nicht nachgewiesen werden.

Die Grathöhe am Schnitteil wird maßgeblich durch den Verschleiß an der Stirnfläche und direkt an der Schneidkante beeinflußt.
Starke Oberflächenrauhigkeit hat einen relativ großen Stirnflächenverschleiß zur Folge.
Die Schneidbarkeit als Blechkenngröße der Versuchsbleche besitzt eine Abhängigkeit von technologischen Kenngrößen.

Je größer die Brucheinschnürung eines Bleches ist, desto kleiner ist die Schneidbarkeit. Ebenso hat eine große senkrechte Anisotropie eine geringe Schneidbarkeit zur Folge.
Durch oberflächenisolierende Schichten besitzen hochsilizierte und relativ grobkörnige Bleche sehr viel bessere Schneidbarkeiten als die unsilizierten Versuchsbleche. Aus diesen Ansätzen wird deutlich, daß die Größe der Schneidbarkeit wesentlich von technologischen Blechkennwerten beeinflußt und bestimmt wird.

Das Forschungsvorhaben "Verschleißmessung an Schnittwerkzeugen für Praxis und Forschung" wurde von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 9 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1. Problemstellung und Ziel des Forschungsvorhabens
2. Stand der Kenntnisse
3. Verschleißmessung an Schnittwerkzeugen für Praxis und Forschung - Versuchsdurchführung -
3.1 Untersuchung der Einsatzmöglichkeit von optischen Maßverfahren
3.1.1 Grundlagen
3.1.2 Interferenzmikroskop
3.1.3 Höhenschichtlinien-Verfahren
3.1.4 Holographische Untersuchungen
3.2 Entwicklung eines einfachen Verschleißmeßgerätes
3.2.1 Beschreibung des Meßgerätes und des Maßprinzips
3.2.2 Korrektur der Abtastfehler
3.2.3 Maßdurchführung und Ergebnisse
3.3 Entwicklung eines Verschleißmaßsystems
3.3.1 Maßprinzip des Kantenprofilabtastgerätes von H. Seidenberg
3.3.2 Systematische Meßfehler durch mechanische Abtastung
3.3.3 Notwendigkeit der Entwicklung eines neuen Verschleißmaßsystems
3.3.4 Automatisierte Maßdatenerfassung und -auswertung
3.3.5 Prinzipielle Maßanordnung
3.3.6 Der Tischrechner
3.3.7 Meßaufbau des Verschleißmeßsystems
3.3.8 Meßprinzip und Meßvorgang
3.3.9 Korrektur der Systemfehler durch mechanische Abtastung
3.3.10 Programmablauf der Messung
3.4 Durchführung von Schneidversuchen
3.4.1 Schneidbarkeit
3.4.2 Versuchseinrichtungen
3.4.2.1 Die Versuchspresse
3.4.2.2 Das Versuchswerkzeug
3.4.2.3 Der Versuchsaufbau
3.4.3 Versuchsparameter
3.4.4 Die Versuchswerkstoffe
3.4.4.1 Werkzeugwerkstoffe
3.4.4.2 Blechwerkstoffe Versuchsergebnisse
4.1 Ergebnisse der Werkstoffprüfung der Versuchsbleche
4.2 Ergebnisse der Schneidversuche
4.2.1 Versuchsergebnisse beim Schneiden von Blech I
4.2.2 Versuchsergebnisse beim Schneiden von Blech II
4.2.3 Versuchsergebnisse beim Schneiden von Blech III
4.2.4 Versuchsergebnisse beim Schneiden von Blech IV
4.2.5 Untersuchungen des Einflusses von Maschinenschwingungen auf den Verschleiß
4.2.6 Ermittlung der Verschleißform an der Schneidkante
5. Diskussion der Versuchsergebnisse
5.1 Einfluß der unterschiedlichen Blechqualitäten auf den Verschleiß und die Grathöhe
5.2 Verschleißfestigkeit der Werkzeugwerkstoffe
5.3 Schneidbarkeit der Blechwerkstoffe
6. Zusammenfassung
7. Anhang: Bilder, Tabellen, Schrifttum