Tribologie

Tribologie

Tribologische Wirkmechanismen, Prozessoptimierung und Oberflächengestaltung

Bedeutung der Tribologie

Die Tribologie mit den Teilgebieten Reibung, Schmierung und Verschleiß ist ein fester Bestandteil der Forschung und Entwicklung am PtU. Dabei steht zum einen das Verständnis dieses Grundlagengebietes im Vordergrund. Zum anderen können durch die Bearbeitung von anwendungsbezogenen Fragestellungen wertvolle Erkenntnisse für die industrielle Praxis gewonnen werden. Zu den betrachteten Umformverfahren gehören u. a. das Tief- und Streckziehen, das Scherschneiden, das Innenhochdruck-Umformen sowie die Kaltmassivumformung.

Reibung und Verschleiß

Für eine tribologische Prozessoptimierung ist es wesentlich, möglichst konstante und definierte Reibverhältnisse in der Kontaktzone zwischen Werkstück und Werkzeug einzustellen sowie den resultierenden Werkzeugverschleiß zu minimieren. Voraussetzung hierfür ist das grundlegende Verständnis der wirkenden Reib- und Verschleißmechanismen. Aus diesem Verständnis heraus lassen sich Maßnahmen zur Optimierung ableiten, wobei das gesamte tribologische System vom Halbzeug über den Schmierstoff bis hin zum Werkzeug betrachtet werden muss. Auch die aktive, lokale Beeinflussung der Kontaktzone während der Umformung kann hier eine Rolle spielen. Hergestellte Wirkzusammenhänge lassen sich in Reib- und Verschleißmodellen beschreiben, die auch einen wertvollen Beitrag zur exakteren numerischen Simulation liefern.

Oberflächen

Den Werkstückoberflächen kommt eine immer größere Bedeutung zu. Zum einen geben sie dem hergestellten Bauteil eine funktionale Eigenschaft, zum anderen nehmen sie Einfluss auf die wirkenden Reibungsmechanismen in der Umformzone. Zum Einstellen geeigneter Halbzeugoberflächen müssen wiederum die Mechanismen bekannt sein, die zu einer Oberflächenveränderung während der Umformung führen. Auch die Übertragung gewonnener Erkenntnisse auf Umformprozesse mit anderem Beanspruchungsprofil ist von Interesse.

Untersuchungsmethoden

Die grundlegende, experimentelle Untersuchung tribologischer Gegebenheiten bei einzelnen Umformprozessen erfordert die Abbildung der jeweiligen tribologischen Beanspruchungsprofile in Modellversuchen. Unter Laborbedingungen bieten die Versuchsanordnungen zum einen messtechnische Zugänglichkeit und zum anderen das definierte Einstellen einzelner tribologischer Größen. Neben den experimentellen Untersuchungen kommt die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Anwendung, die eine Analyse der in der Umformzone vorliegenden Beanspruchungszustände erlaubt.

Aktuelle Forschungsprojekte