Gleitstauchanlage

Gleitstauchanlage (Kalt- und Warmmassivumformung)

Versuchsprinzip

Der Gleitstauchversuch ist ein Tribometerversuch zur direkten Messung der Reibung. Aufgrund der hohen erreichbaren Kontaktnormalspannungen und Oberflächenvergrößerungen ist der Gleitstauchversuch geeignet, Reibwerte für Prozesse der Massivumformung zu bestimmen. Das Versuchsprinzip des Gleitstauchversuch sieht vor, den Umformvorgang und die Relativbewegung, wie in der Abbildung schematisch dargestellt, zeitlich zu trennen. Nach dem Einlegen der Probe erfolgt zunächst der Stauchvorgang. Die Stempel- und Probengeometrien können entsprechend der zu erreichenden Kontaktnormalspannungen und Oberflächenvergrößerungen variiert werden. Nach Abschluss des Stauchvorgangs erfolgt der Gleitvorgang unter Aufrechterhaltung der Stauchkraft. Während des Gleitvorgangs ist es möglich, die Stauchkraft zu variieren. Der Gleitvorgang selbst kann mit einer konstanten oder veränderlichen Gleitgeschwindigkeit durchgeführt werden.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des Gleitstauchversuchs
Abbildung 1: Schematische Darstellung des Gleitstauchversuchs

Der Vorteil dieses sequentiellen Versuchsprinzips ist es, die Reibverhältnisse in Abhängigkeit der Beanspruchung zu bestimmen. Eine Abbildung der tribologischen Lasten eines Realbauteils während der Umformung ist somit realisierbar. Durch das direkte Messen der Kräfte ist es möglich, einen Reibwert zu bestimmen, dessen Veränderung über dem Gleitweg bzw. der Zeit betrachtet werden kann. Zudem besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Schmierstoffsysteme, Werkzeugwerkstoffe und -beschichtungen zu untersuchen.

 

Gleitstauchanlage am PtU

Die Gleitstauchanlage am PtU ist eine zweifach wirkende hydraulische Presse mit einer maximalen Stauchkraft von 1.000 kN. Die Gleitkraft beträgt maximal 665 kN. Gleitgeschwindigkeiten bis zu 500 mm/s können beim Gleiten erreicht werden. Der Gleitweg kann bis zu 100 mm betragen. Für un- und niedriglegierte Stähle sind Kontaktnormalspannungen bis 3000 N/mm² und Oberflächenvergrößerungen bis 11 erreichbar. Materialien mit höherer Festigkeit erlauben höhere Kontaktnormalspannungen.

Abbildung 2: Gleitstauchanlage am PtU
Abbildung 2: Gleitstauchanlage am PtU
 

Temperierung

Um Temperaturabhängigkeiten zu untersuchen und Realprozesse besser abbilden zu können, sind verschiedene Temperierungsmöglichkeiten verfügbar. Mittels Heizpatronen im Tischeinsatz kann die Oberfläche der Gleitplatte auf bis zu 400°C erwärmt werden. Die Proben können durch eine Induktionsanlage oder einen konventionellen Ofen auf Temperaturen bis zu 1200°C erwärmt werden. Die Messung der Probentemperatur zu Beginn und während des Versuchs kann mit Hilfe eines optischen Temperatursensors (Infrarotkamera ThermaCAM S65 von FLIR Systems oder Pyrometer Optris CTLaser LT mit CF2-Optik 75:1) erfolgen.

Pyrometer
Abbildung 3: Montiertes Pyrometer Optris CTLaser LT
 

Referenzen

Mittels des Gleitstauchversuchs wurde der Einfluss von makroskopischen Schmierstofftaschen auf der Mantelfläche von Proben auf den Reibwert untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine Verringerung des Reibwertes durch die Optimierung der Bauteiloberflächentopographie möglich ist. In diesem Zusammenhang wurde zudem ein Reibmodell, das unter anderem die Oberflächeneinebnung infolge des Umformprozesses abbildet, entwickelt werden. In weiteren Untersuchungen ließ sich zudem der Einfluss der Relativgeschwindigkeit und Temperatur auf den Reibkoeffizienten nachweisen.