Standmengen- und schmiermitteloptimierte Gesenkoberflächen für die temperierte Aluminiummassivumformung

Typische Verschleißmechanismen sowie entsprechende Gegenmaßnahmen sind für die Massivumformung von Stahl bekannt bzw. werden stetig weiter erforscht, können jedoch nicht ohne Weiteres auf Aluminiumschmiedeprozesse übertragen werden. Aus diesem Grund steht im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens zunächst die Erkenntniserweiterung bezüglich der Verschleißmechanismen beim Aluminium-Gesenkschmieden im Fokus.

Der größte Unterschied ist vor allem die generelle werkstoffbedingte Neigung zur Adhäsion auf den Oberflächen der Umformwerkzeuge. Abhängig von der Verarbeitungstemperatur ergeben sich weitere prozessspezifische Einschränkungen. Die bei höheren Temperaturen gleichzeitig erhöhte Adhäsionsneigung zwischen der Aluminiumlegierung und dem Gesenk aus Warmarbeitsstahl führt im Gesenkschmiedeprozess sukzessiv zu adhäsiven Aufschweißungen, die dann im fortlaufenden Schmiedeprozess abgeschert werden und so zu einem Abtrag und einer Aufrauhung der Werkzeugoberfläche führen. Ein weiteres Problem in der Warmumformung von Aluminium ergibt sich aus der niedrigeren Werkzeugoberflächentemperaturen in Kombination von mit den aufgebrachten flüssigen Schmierstoffen. Es kommt, anstatt bereits beim Auftrag, erst bei der Umformung selbst zur Verdampfung der flüssigen Anteile des Trennmittels. Durch die schlagartige Ausdehnung beim Verdampfen entsteht ein hoher Druck in Rissen und Spalten und es kommt zu Erosionserscheinungen auf der Gravurfläche des Werkzeugs.

Durch eine Charakterisierung von Verschleiß- und anderen Schädigungsmechanismen anhand von industriell eingesetzten Umformwerkzeugen und in Modellversuchen am IFUM sollen Erkenntnisse zum generellen Verhalten von Schmiedewerkzeugen in der Aluminium-Warmmassivumformung gewonnen werden. Auf Basis dieser Charakterisierung werden in weiteren Modellversuchen Randschichtbehandlungen, Beschichtungsverfahren sowie Schmiermittel und -parameter untersucht, um diese optimal an die Warmumformung von Aluminium anzupassen. Durch diese Maßnahmen soll der Verschleiß der Werkzeuge maßgeblich herabgesetzt werden. Nach dem erfolgreichen Umsetzung der Maßnahmen zur Verschleißreduzierung in den Modellversuchen erfolgt eine Applikation in industriellen Schmiedeprozessen bei Partnerunternehmen und eine anschließende Analyse und Bewertung der eingesetzten Werkzeuge.