Zinkphosphatfreie Kaltmassivumformung von Abschnitten

Zinkphosphatfreie Kaltmassivumformung von Abschnitten

 

Motivation

Verfahren der Kaltmassivumformung zeichnen sich durch ihre hohe Maßgenauigkeit sowie eine gute Werkstoffausnutzung aus, allerdings auch durch hohe auftretende tribologische Lasten. Daher werden oftmals aufwändige Trennschicht-Schmierstoffsysteme wie zum Beispiel Zinkphosphatschichten als Trennschichten und Seife als Schmierstoff eingesetzt, die einem frühzeitigen Verschleiß und damit dem Ausfall teurer Umformwerkzeuge entgegenwirken sollen. Die Art der Aufbringung und die Verwendung von Zinkphosphat als Trennschicht sind mit einer Vielzahl an ökologischen Nachteilen behaftet.

Abbildung 1: Mögliche Prozesskette mit Schmierstoffaufbringung im Pressentakt
Abbildung 1: Mögliche Prozesskette mit Schmierstoffaufbringung im Pressentakt

Zielsetzung

Ziel dieses Projektes ist es, Grundlagenwissen für die zinkphosphatfreie, mehrstufige Kaltmassivumformung von Abschnitten zu sammeln und diese in stabilen Produktionsprozessen zu etablieren. Im Rahmen dieses Vorhabens werden neuartige Schmierstoffe für die Kaltmassivumformung entwickelt und eingesetzt. Durch die Einführung dieser neuartigen Tribosysteme sollen umformende Anwender langfristig auf nasschemisch aufgebrachte Konversionsschichten verzichten und ökologisch unbedenklichere Schmierstoffe einsetzen. Des Weiteren soll im Rahmen dieses Projektes eine Inline-Oberflächenvorbehandlung realisiert werden, welche die verkettete Oberflächenvorbehandlung und Umformung von Abschnitten in der Kaltmassivumformung beinhaltet. Dadurch soll es in Verbindung mit einer ökologischeren Fertigung ermöglicht werden, kürzere Durchlaufzeiten, kleinere Puffervolumen und somit geringere Kosten und ein höheres Maß an Flexibilität in der Fertigungsteuerung zu erreichen.

 

Lösungsweg

Die Entwicklung neuartiger Einschichtschmierstoffe, welche an die tribologischen Lasten eines mehrstufigen Fließpressprozesses angepasst sind, ist ein zentraler Aspekt. Durch die Variation der Zusammensetzung und die gezielte Einstellung der Viskosität soll die Aufbringbarkeit und das Anhaften des Schmierstoffes auf den durch Strahlen funktional gestalteten Bauteiloberflächen gewährleistet werden. Die Aufbringung selbst erfolgt in einem neu entwickelten Beschichtungsstand, welcher das Reinigen und Beschichten der Proben im Pressentakt des Anwenders zulässt. Eine Untersuchung der Schichtwandlung des Schmierstoffes entlang der neuartigen Prozesskette und die Entwicklung eines phänomenologischen Modells ermöglicht die Beschreibung der Belastungsfähigkeit des Schmierstoffes über die Umformung. Die neu entwickelten Einschichtschmierstoffe werden anhand von Gleitstauchversuchen untersucht, um so die Grenzen des tribologischen Systems hinsichtlich der Einsatztemperatur, der Kontaktnormalspannung, der Oberflächenvergrößerung und der Relativwege zwischen Werkzeug und Werkstück zu erfassen.