Verschleißfeste Werkzeuge für die Umformung von hochfesten Blechen

Anbieter zum Thema

MaSuB GmbH - Maschinen für die Schweißnahtvorbereitung und Blechbearbeitung

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

IUL Institut für Umformtechnik TU Dortmund

Die höchsten Reibkoeffizienten traten erwartungsgemäß bei den ungewalzten Reibelementen auf. Die glattgewalzten Wirkflächen erreichen annähernd einen ähnlichen Reibkoeffizienten wie die unbeschichteten Referenzelemente aus C60, wobei zudem ein recht konstantes Reibverhalten bei variierender Flächenpressung beobachtet werden konnte. Im Gegensatz zu den unbeschichteten Reibelementen fällt der Reibkoeffizient bei ansteigendem Druck sogar leicht ab, was durch die spezifische Oberflächenstruktur der glattgewalzten Beschichtung zu erklären ist, die im Gegensatz zu einer feingeschliffenen oder polierten Oberfläche aufgrund der vorhandenen Profiltäler ein sehr gutes Speichervermögen von Schmierstoffen an der Werkzeugoberfläche ermöglicht. Die Wirkung ist recht gut mit einer nachträglich eingebrachten Oberflächentextur in Umformwerkzeugen vergleichbar.

Nach 2000 Bauteilen wurde die Matrize sichtgeprüft

Die sehr hohe Verschleißfestigkeit der thermisch gespritzten Hartstoffschichten wurde bereits anhand von Pin-on-Disc-Versuchen nachgewiesen. Um das vielversprechende Potenzial der thermisch gespritzten Hartstoffschichten aufzuzeigen, wurde ein Napfziehwerkzeug mit einer beschichteten und anschließend glattgewalzten Wirkfläche im Flanschbereich und Ziehradius aufgebaut. Bei dem Werkzeug handelt es sich um ein kombiniertes Stanz- und Tiefziehwerkzeug (Bild 4). Der Ziehstempel befindet sich im Werkzeugunterteil. Der Schneidstempel mit integrierter Tiefziehmatrize ist im Werkzeugoberteil. Die Matrize ist als Werkzeugeinsatz ausgeführt, um unterschiedliche Matrizeneinsätze untersuchen zu können.

Der Matrizeneinsatz wurde nach der Fertigung von jeweils 2000 Bauteilen für eine Sichtprüfung ausgebaut. Bereits nach der Produktion der ersten 2000 Bauteile zeigten sich Verfärbungen an der Matrizenoberfläche. Daher wurden im verfärbten Bereich (Mp1) und im unverfärbten Bereich (Mp2) Rauheitsmessungen durchgeführt (Bild 5). Zudem wurde die Matrizenoberfläche im Weißlichtmikroskop untersucht. Hierbei wurden jedoch keine Unterschiede in der Oberflächentopografie festgestellt und keine Beschädigungen beobachtet.

Kein nennenswerter Verschleiß nach 10.000 Bauteilen

Nach der Fertigung von 10.000 Napfbauteilen aus dem hochfesten Blechwerkstoff HC380LA auf einer mechanischen Schnellläuferpresse konnte kein nennenswerter Verschleiß am Werkzeug beobachtet werden. Die Spitzenhöhe Rpk liegt auch nach dieser ersten größeren Belastung auf einem nahezu identischen Niveau wie nach dem Glattwalzprozess mit einem Walzdruck von 15 MPa. Die gemittelte Rautiefe R_z beträgt in diesem Fall 8 µm. Auch sie hat sich nach den Tiefziehversuchen nicht verändert. Glattgewalzte Oberflächen weisen in der Regel einen hohen Materialtraganteil auf, wodurch Einlaufeffekte nur eine sehr geringe Auswirkung auf die späteren Funktionseigenschaften der Oberflächen haben. Die Kombination aus thermischem Hochgeschwindigkeitsflammspritzen hartstoffhaltiger Beschichtungen und anschließendem Glattwalzen zeigt daher ein vielversprechendes Potenzial bei der wirtschaftlichen Herstellung von hochverschleißfesten Beschichtungen für Umformwerkzeuge.

Diese Arbeit wurde in großzügiger Weise von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 708 gefördert. Die Autoren danken deshalb für die Unterstützung. Sie danken insbesondere Dipl.-Phys. Peter Hollingsworth vom Lehrstuhl für Werkstofftechnologie (LWT) der TU Dortmund für die Beschichtung der Werkzeugkomponenten.

* Volker Franzen M. Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Umformtechnik und Leichtbau IUL in 44227 Dortmund, Dipl.-Ing. Lukas Kwiatkowski ist Leiter der Abteilung Sonderverfahren am IUL und Prof. Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya ist Leiter des IUL.

(ID:35329860)