Einstellung der Reibeigenschaften von Hartstoff-Werkzeugschichten

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MaSuB GmbH - Maschinen für die Schweißnahtvorbereitung und Blechbearbeitung

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

TU Dortmund Institut für Spanende Fertigung

Ein Einfluss der Schleifrichtung auf das Reibverhalten wurde mithilfe der Versuche aufgezeigt. So konnte bei den in Zugrichtung geschliffenen Reibbacken ein höherer Reibkoeffizient (µ ≈ 0,15) ermittelt werden als bei den quer zur Zugrichtung geschliffenen Proben (µ ≈ 0,1). Dieser Effekt kann durch den hydrostatischen Auftrieb des Tiefziehöls erklärt werden, weil das Tiefziehöl nicht direkt mit dem Blech aus der Kontaktzone entlang der Schleifrichtung abgeführt wird.

HVOF-beschichtete Werkzeuge führen zu Beschädigungen an der Oberfläche der Blechproben

Die quer zur Zugrichtung geschliffenen Reibbacken kommen somit auf ein ähnliches Resultat wie die geschliffenen Referenzreibbacken aus C60, bei denen eine Rauheit von Rz = 5,2 µm und ein Reibkoeffizient von µ ≈ 0,1 ermittelt wurde. Generell zeigten alle eingesetzten Reibbacken eine Abhängigkeit von der Zuggeschwindigkeit auf, wobei mit höherer Geschwindigkeit der Reibkoeffizient sinkt. Dieses Verhalten ist auf die hydrodynamischen Effekte in der Kontaktzone zurückzuführen.

Die Versuche haben gezeigt, dass der Einsatz von unbearbeiteten HVOF-beschichteten Werkzeugen zu Beschädigungen an der Oberfläche der Blechproben führt.

Durch eine mechanische Nachbearbeitung der Verschleißschutzschicht konnte der Reibkoeffizient signifikant reduziert werden. Jedoch hängt der Reibkoeffizient der walzend nachbearbeiteten Werkstücke von dem Ausgangszustand der Beschichtung ab, weil durch das Verfahren lediglich eine Einebnung der Profilspitzen erfolgt. Abweichungen der Schichtdicke, die ein ungleichmäßiges Tragbild im Streifenziehversuch bewirken, können im Glattwalzprozess zunächst nicht kompensiert werden.

Eine Kombination bringt den besten Effekt

Im Gegensatz dazu liefern die geschliffenen Proben die besten Ergebnisse, da ein Materialabtrag stattfindet und diese ein gleichmäßiges Tragbild aufweisen.

Eine weitere Verbesserung des Reibkoeffizienten konnte durch ein zusätzliches Glattwalzen der in Zugrichtung geschliffenen Oberflächen erzielt werden. Dabei wurden vergleichbare Reibwerte zu den Referenzproben aus Werkzeugstahl C60 ermittelt. In Kombination mit der höheren Verschleißbeständigkeit der Hartstoffschicht konnte eine signifikant höhere Standzeit der Umformwerkzeuge erzielt werden.

Gegenstand aktueller Forschungen ist die Übertragung der Erkenntnisse aus den Streifenziehversuchen auf reale Umformprozesse – etwa in Form von Napfziehversuchen mit nachbearbeiteten und beschichteten Werkzeugen. Dabei stehen die verschiedenen Verschleißerscheinungsformen am Werkzeug sowie die Oberflächen der gefertigten Näpfe im Fokus der Betrachtung.

Literatur

[1] Doege, E. und K. Dröder: Einsatz von Keramik als Werkzeugwerkstoff in der Blechumformung – Umformen hochfester Stähle. Bänder Bleche Rohre, 12 (1997), S. 16-21.

[2] Tillmann, W. Vogli, E. Baumann, I. Krebs, B. und J. Nebel: Wear-protective cermet coatings for forming tools. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 7 (2010), S. 597-607.

[3] Rausch, S. und D. Biermann: Grinding of hard-material-coated forming tools on machining centers. Procedia CIRP, 1 (2012), S. 405-409.

[4] Franzen, V. Trompeter, M. Brosius, A. und A. E. Tekkaya: Finishing of thermally sprayed tool coatings for sheet metal forming operations by roller burnishing. International Journal of Material Forming, Vol. 3, Supply 1 (2010), S. 147-150.

* Prof. Dr.-Ing. Dirk Biermann ist Leiter des Instituts für Spanende Fertigung (ISF) der TU Dortmund. Dipl.-Ing. Sascha Rausch ist dort wissenscahftlicher Mitarbeiter. Prof. Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya ist Leiter des Instituts für Umformtechnik und Leichtbau (IUL) der TU Dortmund. Volker Franzen M. Sc. ist dort wissenschaftlicher Mitarbeiter. Danksagung: Die durchgeführten Arbeiten sind Bestandteil der Teilprojekte A3 und A5 des Sonderforschungsbereichs „3D-Surface Engineering für Werkzeugsysteme der Blechformteilefertigung (SFB 708)“, die von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) gefördert werden.

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