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Ausnutzung der Tribologie fürs Umformen, Stanzen und Feinschneiden

| Autor/ Redakteur: Joachim Schulz / Frauke Finus

Tribologie, die Lehre von Reibung, Verschleiß und Schmierung ist keine „graue Theorie“, sondern sehr hilfreich, wenn es Verbesserungen und damit Kosteneinsparungen in technischen Prozessen geht. Die Tribologie macht auch um die Blechumformung, das Stanzen und das Feinschneiden keinen Bogen. Der nachfolgende Artikel soll einige Aspekte hierzu beleuchten.

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Ein wesentlicher Aspekt der Tribologie ist die Frage nach den Zusammenhängen und der Vorhersagbarkeit von Phänomenen im Bereich der Metallbearbeitung. Welcher Schmierstoff führt bei welcher Kombination von Werkzeug- und Werkstückmaterial zum optimalen Ergebnis?
Ein wesentlicher Aspekt der Tribologie ist die Frage nach den Zusammenhängen und der Vorhersagbarkeit von Phänomenen im Bereich der Metallbearbeitung. Welcher Schmierstoff führt bei welcher Kombination von Werkzeug- und Werkstückmaterial zum optimalen Ergebnis?
( Bild: Fuchs Wisura )

Ein wesentlicher Aspekt der Tribologie ist die Frage nach den Zusammenhängen und der Vorhersagbarkeit von Phänomenen im Bereich der Metallbearbeitung. Welcher Schmierstoff führt bei welcher Kombination von Werkzeug- und Werkstückmaterial zum optimalen Ergebnis. Optimal in Hinsicht auf Ökologie (minimale Belastung von Mensch und Umwelt) und Ökonomie (maximale Werkzeugstandzeit und Ausbringung pro Zeiteinheit) sowie Vermeidung von Schädigung der bearbeiteten Metalloberflächen. Die Beeinflussung der zukünftigen Eigenschaften eines Bauteils als Folge der Vorbehandlung ist heute von zentraler Bedeutung für dessen Lebensdauer.

Aber fangen wir vorne an, warum werden überhaupt Schmierstoffe in der Umformung benötigt? Die wesentlichen Gründe für den Einsatz von Schmierstoffen sind: eine sichere Trennung von Werkzeug und Werkstück; möglichst lange Werkzeugstandzeit; definierte Werkstückoberfläche und vor allem Minimierung von Verschleiß, denn mit der ersten Adhäsion beziehungsweise dem ersten Verschleiß setzt ein eigendynamischer Prozess ein. Darüber hinaus sollte der Schmierstoff auch eine zuverlässige Schmierung der Werkzeugaktivelemente garantieren und aus Sicht des Arbeit- und Umweltschutz unproblematisch sein.

Aber ein Schmierstoff ist kein „Wunder- oder Allheilmittel“, er ist nicht in der Lage schlecht konstruierte beziehungsweise schlecht gefertigte Werkzeuge zu verbessern, Stellungsfehler im Werkzeug auszugleichen, ungenügende oder mangelhafte Beschichtungen ausgleichen und schon gar nicht vorgeschädigte Werkzeuge bzw. deren Oberflächen zu „heilen“.

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Was der Schmierstoff aber unbedingt können sollte, ist, dass er perfekt zum Gesamtprozess passt, das heißt:

  • Aufbringen des Schmierstoffs - Beölung der Werkstücke
  • Stanzen / Feinschneiden / Umformung (eventuell mit erneuter Zwischenbeölung)
  • Nachbehandlung der gefertigten Teile (Reinigung / Schleifen / Gleitschleifen)

Das optimale Aufbringen des Schmierstoffs beinhaltet, dass Schmierstoff und Applikationstechnik zueinander passen, also die Viskosität, die für den Umform- oder Stanzprozess notwendig ist, auch mit der Anlage gleichmäßig, ökonomisch, ökologisch (kein Vernebeln der Umgebung) und vor allem reproduzierbar in der notwendigen Schichtdicke aufgetragen werden kann. Ziel ist in jedem Fall eine Trennung der Metalloberflächen von Werkzeug und Werkstück über den gesamten Umformprozess zu gewährleisten. Nach erfüllter Aufgabe darf der Schmierstoff nicht zu Korrosionserscheinungen führen und sollte einfach zu entfernen sein.

Der Schmierstoff muss zum Gesamtprozess passen

Doch nicht nur eine gleichmäße Schmierstoffschicht in der für den Prozess optimalen Viskosität erbringt hohe Werkzeugstandzeiten, vielmehr spielt die physikochemische Wechselwirkung der Schmierstoffe und der darin enthaltenen Additive eine oft unterschätzte Rolle. Ein entscheidender Aspekt in diesem Wechselspiel ist dabei die Metalloberfläche selbst, d.h. wie diese chemisch aufgebaut ist. Letztlich handelt es sich bei den Schmierstoffen um chemische Gemische, die als (Re)aktionspartner die Metalloberfläche haben. Bisher wurde und wird diesem Umstand wenig bis gar keine Rechnung getragen. In der Fachliteratur der letzten 70 Jahre wird ein Modell gepflegt, dass nur sehr begrenzte Aussagen zulässt, wie sich ein Schmierstoff in der Metallbearbeitung verhält. Dieses „alte“ Modell geht von chemisch homogenen (meist mit Oxiden bedeckten) Metalloberflächen aus und definiert die Bildung von Reaktionsschichten. Das ist schon ein kleiner Widerspruch in sich, da Oxide eher reaktionsträge sind. Ganz besonders prekär wird die Lage, wenn versucht wird, diese „Erkenntnisse“ in Simulationsmodelle, wie sie derzeitig oft verwendet werden, mit einzubeziehen. Mit einfachen Reibungskoeffizienten, ermittelt auf tribologischen Testmaschinen, führte bisher keine Simulation zu brauchbaren Ergebnissen hinsichtlich des Schmierstoffs.

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