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Trockenumformung vorbeschichteter Feinbleche

Laufzeit:01.08.2006 – 31.07.2008
Förderung:EFB / AiF
Kontakt:blechumformungifum.uni-hannover.de

Tiefziehteile aus z.B. Stahl oder Aluminium müssen aus Gründen des Korrosionsschutzes, der Optik und Haptik beschichtet (lackiert) werden. Bei bereits beschichteten Blechwerkstoffen können z.B. Prozessschritte wie eine Beölung vor dem Tiefziehen, die notwendige Reinigung danach sowie Korrosionsschutzmaßnahmen an der montierten Karosserie eingespart bzw. minimiert werde. In dem Projekt ist die Eignung verschiedener Vorbeschichtungen und Lackierungen (Korrosionsschutzprimer, KTL-Ersatz, Endlackierung) für ein schmierstofffreies Tiefziehen untersucht worden. Die maximal möglichen Umformgrade der beschichteten Blechwerkstoffe wurden unter der Prämisse ermittelt, dass die Qualitätsansprüche hinsichtlich Korrosionsschutz und Optik weiterhin erfüllt werden können. Die Verbesserung in den Ergebnissen zwischen der Verwendung eines starren Blechhalters und eines adaptiv-flexiblen Blechhalters mit variierenden Kräften wurde deutlich aufgezeigt. Besonders die Endlackierung, aber auch die KTL-Ersatzbeschichtungen ermöglichten auch aufgrund der größeren Schichtstärken sehr gute Tiefziehergebnisse, wohingegen die sehr dünnen Korrosionsschutzprimer nur bedingt die Belastungen der Umformung ertragen konnten.

 

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 (MoS2) versehen. 

Die Reibkoeffizienten aller eingesetzten Blechwerkstoffe und Beschichtungen wurden durch umfangreiche Streifenziehversuche ermittelt. Die Versuche ohne Umlenkung bildeten die Wechselwirkung Blech – Niederhalter ab, die Versuche mit Umlenkung die Umlenkung des Blechwerkstoffs an der Ziehringrundung. Flächenpressung und Ziehgeschwindigkeit wurden dreifach variiert. Die erzielten Reibkoeffizienten bewegten sich abhängig vom Beschichtungssystem zwischen µ = 0,16 und µ = 0,04. Aus allen Reibkoeffizienten wurde das tribologische System ermittelt, das am besten für ein Tiefziehen ohne Schmierstoffzusatz geeignet ist (DX56+Z / Endlackierung + CrCN / MoS2). 

Die ermittelte Werkzeugbeschichtung CrCN + MoSwurde für Verschleißversuche eingesetzt. Als Spaltband war dagegen nur ein DX54+Z + Korrosionsschutzprimer verfügbar. Der Radius des Probenkörpers sowie die Oberfläche des Spaltbands 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. Die MoS2-Schicht war in Teilbereichen abgetragen, die CrCN-Schicht aber nicht geschädigt. 

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 dünneren Korrosionsschutzprimer konnten das Substrat erwartungsgemäß bereits nach wenigen Zyklen nicht mehr vor Weiß- und Rotrost schützen. Die KTL-Ersatzbeschichtungen sowie die Endlackierung wiesen dagegen nur im Bereich der Schnittkante Korrosionsspuren auf (Weiß- und Rotrost und Unterwanderung). 

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 gleichmäßigere Blech- und Schichtbeanspruchung vor allem im Zargenbereich hatte eine positive Auswirkung auf den Korrosionsschutz. 

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. Aufgrund der unbeschichteten Schnittkanten war lediglich eine Weißkorrosion zu verzeichnen.

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