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Standmengenvorhersage von Gleitschichten auf Umformwerkzeugen

Laufzeit:01.10.2014 – 30.04.2017
Kontakt:mickeifum.uni-hannover.de

Lang:

Gleitschichten sind reibungsreduzierende Schichten deren Schmierwirkung durch das Gleiten auf molekularer Ebene zurückzuführen ist. Zur Gruppe der Gleitschichten gehören Graphit, Graphitfluorid und Übergangsmetall-Dichalkogene (z.B. MoS2, WS2, MoSe2, WSe2). Diese Beschichtungen können einerseits besonders in Kombination mit konventionellen Schmierstoffen die Reibung im Tiefziehprozess reduzieren, andererseits, ohne den Einsatz von zusätzlichen Schmierstoffen, eine trockene und umweltfreundliche Umformung ermöglichen. Der Einsatz von reibungsreduzierenden Gleitbeschichtungen in der Blechumformung wird derzeit vor allem noch aufgrund der mangelnden Kenntnisse zu ihren Standmengen limitiert. In diesem Projekt werden daher umfassende Untersuchungen zum Verschleiß- bzw. Abtragsverhalten sowie der daraus resultierenden Standzeiten dieser Beschichtungen durchgeführt.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Bereitstellung eines allgemeingültigen Modells, welches eine Abschätzung der Standmenge dieser Gleitschichten in der Blechumformung ermöglicht. Des Weiteren soll eine Anleitung zur schnellen Parametrisierung dieses Modells für Beschichtungen, deren Wirkprinzip ebenfalls auf Gleiten von Partikeln auf molekularer Ebene basiert, erarbeitet werden. Hierfür wird ein Modul entwickelt, dass auf die Daten der Umformsimulation zurückgreift und anhand der im Projekt ermittelten, mehrdimensionalen Abtragsfunktion, in Abhängigkeit der numerisch berechneten Werkzeugbelastungen, eine lokale Standmengenprognose ermöglicht. Auf Basis der Ergebnisse der Umformsimulation werden die Belastungen für das Werkzeug ermittelt. Mit Hilfe der im Projekt ermittelten Abtragsfunktion kann der Schichtabtrag ermittelt werden und hieraus wiederum die Standmenge der Beschichtung errechnet werden.

Die Parametrisierung des Modells erfolgt dabei anhand einer Versuchsmatrix, die auf dem Prinzip der statistischen Versuchsplanung beruht. Hierfür wird eine ausführliche Charakterisierung des Abtragsverhaltens des bisher am besten erforschten und etablierten Beschichtungssystems auf MoS2-Basis durchgeführt. Als zu variierende Versuchsparameter werden hierbei Ziehgeschwindigkeit und Flächenpressung 5-stufig geprüft. Die erworbenen Daten werden in einer mehrdimensionalen Abtragsfunktion verarbeitet. Im Rahmen der Abtragsuntersuchungen werden dabei auch die Oberflächenbeschaffenheit sowohl des Werkzeugs (hier: Verschleißprüfkörper) und des Bleches untersucht. Wichtige Punkte sind hier vor allem der Materialübertrag von dem Werkzeug auf das Blech und die Beschaffenheit der Blechoberfläche (Mikrorisse, Oberflächenrauheit). Nachdem die Ausprägung respektive Art der Abtragsfunktion bestimmt ist, kann die Funktion für weitere Gleitbeschichtungen mit ähnlichem Abtragsverhalten parametrisiert werden. Dabei wird die Versuchsmatrix auf weinige charakteristische Stützstellen reduziert. Anhand von Verschleißuntersuchungen weiterer Gleitbeschichtungen erfolgen die Validierung der verkürzten Versuchsmatrix und die Bereitstellung eines Merkblattes, welches die verkürzte und validierte Versuchsmatrix als standardisiertes Vorgehen enthält.

 

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