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EFB-Forschungsbericht Nr. 288

Trockenumformung vorbeschichteter Feinbleche

EFB288.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Dipl.-Ing. Jirko Kettner, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover

98 Seiten (sw 71, teil farbige Abb., 7 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-322-6

Preis (Digital) EUR 58,00

Preis (Print) EUR 65,00

Zusammenfassung

Im Rahmen dieses Projekts wurde die Eignung von organisch vorbeschichteten Feinblechen für das Tiefziehen ohne Einsatz von zusätzlichen Schmierstoffen untersucht. Die Blechwerkstoffe (weiche Tiefziehstähle und Aluminium) waren mit verschiedenen organischen Vorbeschichtungen bzw. einer Endlackierung aus diversen industriellen Anwendungsfällen versehen: Korrosionsschutzprimer / KTL-Ersatzlackierung / Endlackierung. Für definierte und günstige Reibverhältnisse wurde der einzige eingesetzte Werkzeugwerkstoff (1.2379) mittels PVD-Verfahren mit 4 verschiedenen Beschichtungen und zusätzlich einer für alle Schichten gleichen Trockenschmierstoffschicht versehen.

Die Reibkoeffizienten aller eingesetzten Blechwerkstoffe und Beschichtungen wurden durch umfangreiche Streifenziehversuche ermittelt. Die Versuche ohne Umlenkung bilden die Wechselwirkung Blech – Niederhalter ab, die Versuche mit Umlenkung die Umlenkung des Blechwerkstoffs an der Ziehringrundung. Flächenpressung und Ziehgeschwindigkeit wurden dreifach variiert. Aus allen Reibkoeffizienten wurde das tribologische System ermittelt, das am besten für ein Tiefziehen ohne Schmierstoffzusatz geeignet ist.

Die dabei gefundene Werkzeugbeschichtung wurde für anschließende Langzeit-Verschleißversuche eingesetzt. Für die Versuche wurde allerdings ein abweichender Werkstoff eingesetzt. Der Radius des Probenkörpers sowie die Oberfläche des Coilmaterials wurden jeweils nach 5000 Zyklen auf ihre Beschaffenheit geprüft. Ein mechanischer Verschleiß des Probenkörpers war nicht messbar, deshalb wurde der Schichtzustand nach Abschluss der Versuche (13000 Hübe) mittels Kalottenschliff und Mikroskop verifiziert.

Einen wichtigen Bestandteil des Projekts bildeten Korrosionstests. Der erste Teil wurde mit Rundnäpfen durchgeführt, um die Eignung der Beschichtungen bereits im Vorfeld zu prüfen. Der VDA-Wechseltest wurde für die beschichteten Stahlsubstrate durchgeführt, für die eingesetzten Aluminiumbleche wurde der CASS-Test verwendet.

Die im ersten Arbeitspunkt ermittelte Beschichtung wurde ebenfalls auf die Komponenten Ziehring und Niederhalter des Tiefziehwerkzeugs mit T-Geometrie aufgebracht. Die Versuche wurden mit verschiedenen Niederhaltermodi gefahren, um durch lokal variierende Kräfte die Prozessgrenzen maximal ausweiten zu können. Für diesen Projektabschnitt standen nur noch 4 der ursprünglich 9 eingesetzten Kombinationen Blech – organische Beschichtung zur Verfügung. Die mit weitgehend optimalen Parametern hergestellten Tiefziehteile wurden ebenfalls Korrosionstests unterzogen, um die Auswirkung der eingestellten Parameter auf die Korrosionsschutzwirkung verifizieren zu können.

Die Eignung der im ersten Arbeitspunkt ermittelten PVD-Schicht für die Herstellung von Serienbauteilen der industriellen Praxis ohne Schmierstoffzusatz wurde durch das Abpressen mehrerer tausend Teile mit einem Folgeverbundwerkzeug auf der Anlage eines der Projektpartner aufgezeigt. Die Qualität der Bauteile wurde durch mikroskopische und Korrosionsuntersuchungen verifiziert.

Das Forschungsvorhaben „Trockenumformung vorbeschichteter Feinbleche“ wurde unter der Fördernummer AiF 14918 N1 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. 288 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1. Zusammenfassung
2. Einleitung
3. Forschungsziel
4. Angestrebte Forschungsergebnisse
5. Stand der Forschung
5.1 Tribologische Bedingungen beim Tiefziehen
5.2 Organisch vorbeschichtete Feinbleche
5.2.1 Substratwerkstoffe
5.2.2 Blechbeschichtungen
5.3 Niederhaltersysteme
5.4 Vorarbeiten am IFUM
5.4.1 Reib und Verschleißuntersuchungen
5.4.2 Tiefziehen mit elastischen Niederhaltersystemen
5.4.3 Einsatz polymerer Werkzeugwerkstoffe (Kunststoffwerkzeuge)
6. Bearbeitung des Forschungsprojekts
6.1 Übersicht über die eingesetzten Blechwerkstoffe, Werkzeugwerk-stoffe und Beschichtungen
6.1.1 Eingesetzte organische Beschichtungen
6.1.2 Werkzeugwerkstoffe
6.1.3 PVD-Beschichtungen
6.2 Ermittlung von Reibkoeffizienten mittels Streifenziehversuchen mit / ohne Umlenkung
6.3 Langzeitverschleißuntersuchungen
6.4 Tiefziehversuche mit Rundnäpfen
6.5 Tiefziehversuche mit Modell- (T-) Geometrie
6.6 Korrosionstests
6.7 Demonstratorbauteil
7. Zusammenfassung und Ausblick
8. Danksagung
9. Literaturverzeichnis