Stöbern Sie in der
Publikationsliste »

0 Dokumente
auf der Merkliste »

EFB-Forschungsbericht Nr. 296

Optimierung des Abrieb- und Verschleißverhaltens von Werkzeugoberflächen durch Randschichtverfestigung

EFB296.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Peter Groche, Dipl.-Ing. Michael Engels, PtU Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen der TU Darmstadt - Prof. Dr.-Ing. Clemens Müller, Dipl.-Ing. Katrin Bauer PhM Fachgebiet Physikalische Metallkunde am Institut für Materialwissenschaften der TU Darmstadt

150 Seiten (sw, 96 teils farbige Abb., 24 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-331-8

Preis (Digital) EUR 61,00

Preis (Print) EUR 69,00

Zusammenfassung

Zur Optimierung des Abrieb- und Verschleißverhaltens von Werkzeugoberflächen wird in vorliegendem Projekt die Anwendung der Methoden Festwalzen und Festklopfen als Verfahren der mechanischen Oberflächenverfestigung untersucht.

Bei der Umformung von verzinktem Blech, wie er in der Automobilindustrie eingesetzt wird, kann sich die Zinkschicht des Bleches auf der Werkzeugoberfläche abreiben. Gerade bei dem allgemein für Presswerkzeuge eingesetzten Werkstoff EN-GJS-700 (globularer Grauguss GGG70L) kommt dies vor. Dies gefährdet die Bauteilqualität, die Stabilität des Umformprozesses und führt zu höheren Kosten durch Nacharbeit, Ausfallzeiten oder nicht verwendbaren Bauteilen.

Ziel dieses Projektes ist die Prüfung der Anwendbarkeit der o. g. Verfahren auf Presswerkzeuge aus EN-GJS-2070 (ehemals GGG70L) in der Blechumformung.

Durch die Oberflächeneinglättung soll der Abrieb von Zinkpartikeln bei der Umformung verzinkter Stahlbleche reduziert und durch die Härtesteigerung der Randzone auch der abrasive Verschleiß an Presswerkzeugen vermindert werden. In einem iterativen Vorgehen werden zunächst Prozessparameter variiert und analysiert. Dabei stehen Härteeindringtiefe und Rauhigkeitsreduktion im Fokus.

Inhalt der Untersuchungen sind einerseits Härtebestimmungen, Härtegradientenermittlung, Gefügeuntersuchungen und andererseits Topografieanalysen, Rauigkeitsanalysen und Profilschnitte. Auf Basis der Ergebnisse dieser Parameterstudien werden Parameterkollektive für das Festwalzen und Festklopfen von Werkzeugoberflächen ausgewählt, die im Streifenziehversuch geprüft werden. Aus den Erkenntnissen zum Verschleißverhalten werden neben den Prozessparametern des Festwalzens und -klopfens auch die Materialien und Ausgangshärten variiert.

Beide Verfahren reduzieren die Rauigkeit, ausgehend von einer gefrästen Oberfläche, um den Faktor 4 bis 5. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Werkstoffe wie den Werkzeugstahl 1.2379 oder den vergießbaren Kaltarbeitsstahl 1.2333 wurde nachgewiesen. Beiden Verfahren kann für die Oberflächeneinglättung ein enormes Potenzial bescheinigt werden.

Der Zinkabrieb lässt sich durch die verfestigten Oberflächen tendenziell reduzieren, jedoch nicht vollständig eleminieren. Die Werkzeugoberflächen wurden durch die Verfahren verfestigt. Härtezunahmen durch die Verfahren des Festwalzens und -klopfens konnten vor und nach einem Temperaturhärten erzielt werden. Unter Betriebsbeanspruchung erwiesen sich diese Härtezunahmen für den ungehärteten Zustand als nicht stabil, so dass hinsichtlich einer signifikanten Verschleißminderung bei den untersuchten Werkstoffen auf thermische Härteprozesse nicht verzichtet werden kann.

Das Forschungsvorhaben „Optimierung des Abrieb- und Verschleißverhaltens von Werkzeugoberflächen durch Randschichtverfestigung“ wurde unter der Fördernummer AiF 14846N 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. 296 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1 Abbildungsverzeichnis
2 Tabellenverzeichnis
3 Zusammenfassung
4 Ausgangssituation und Anlass für das Forschungsprojekt
4.1 Ausgangssituation
4.2 Anknüpfungspunkte aus vorausgegangenen Forschungsprojekten
5 Zielsetzung
6 Stand der Technik
6.1 Tribologie im kombinierten Tief- und Streckziehprozess
6.1.1 Tribosystem
6.1.2 Verschleißmechanismen
6.1.3 Streifenziehversuch
6.2 Verfahren der mechanischen Oberflächenverfestigung
6.2.1 Festwalzen
6.2.2 Festklopfen
7 Vorgehensweise
7.1 Struktogramm der Vorgehensweise
7.2 Methodik
7.2.1 Messmethoden und Messmittel
7.2.2 Untersuchte Materialien
7.2.3 Zusätzlich angewendete Verfahren zur Induktionshärtung
7.2.4 Zusätzliche Versuche zur Schmierstoffdotierung von Oberflächen
8 Ergebnisse
8.1 Materialcharakterisierung
8.1.1 Globularer Grauguss EN-GJS-265B
8.1.2 Hochfestes Blech der Güte DP600
8.2 Parameterstudien an den Verfahren Festklopfen und Festwalzen
8.2.1 Proben zur Parametervariation
8.2.2 Ausgangszustände vor der Oberflächenverfestigung
8.2.3 Variierte Parameter beim Festwalzen
8.2.4 variierte Parameter beim Festklopfen
8.2.5 Erreichte Rauigkeiten und Topografien der Oberflächen
8.2.6 Erreichte Oberflächenhärten, Härtegradienten und Einhärtetiefen
8.2.7 Ermittlung des notwendigen Bearbeitungsaufmaßes
8.2.8 Auswirkungen der mechanischen Oberflächenverfestigung auf das Gefüge
8.2.9 Auswirkungen der mechanischen Oberflächenverfestigung auf den Oberflächenzustand
8.2.10 Auswahl von Parameterkollektiven zur Bearbeitung von Streifenziehversuchswerkzeugen
8.3 Ergebnisse zum Einsatz oberflächenverfestiger Werkzeuge im Streifenziehversuch
8.3.1 Oberflächenzustand der Werkzeuge
8.3.2 Werkzeugverschleißrate
8.3.3 Oberflächenhärten und Härtegradienten der Werkzeuge
8.3.4 Blechrauigkeiten im Streifenziehversuch
8.3.5 Zinkabrieb
9 Diskussion
10 Literatur