Maschinelle Oberflächeneinglättung

Maschinelle Oberflächeneinglättung für den effizienten Werkzeug- und Formenbau

 

Motivation

Der deutsche Werkzeug- und Formenbau sieht sich einer verstärkten internationalen Konkurrenzsituation ausgesetzt. Ein Bestehen am Markt kann nur durch stetige technologische und wirtschaftliche Prozessoptimierung sichergestellt werden. Bedingt durch die Verwendung immer komplexerer Bauteilgeometrien und höherfester Blechwerkstoffe in der PkW-Produktion steigen gleichzeitig die Ansprüche an Tiefziehwerkzeuge.

Prinzipskizze Festklopfen und Festwalzen
Abbildung 1: Prinzipskizze Festklopfen und Festwalzen

Zielsetzung

Ziel dieses Projektes ist es die konventionelle Prozesskette im Werkzeug- und Formenbau zu verkürzen. Dazu soll das Potenzial der innovativen Oberflächenverfestigungs-Verfahren Festwalzen und Festklopfen erörtert werden, die manuelle Polierarbeit komplett zu automatisieren. Infolge der erzielten Randschichtverfestigung ist zudem von Interesse, ob diese zur Steigerung der Belastbarkeit von Werkzeugbeschichtungen beitragen kann. Weiterhin werden verschiedene Verfahrenserweiterungen untersucht.

Prozesskette im Werkzeugbau [Ford Forschungszentrum Aachen GmbH]
Abbildung 2: Prozesskette im Werkzeugbau [Ford Forschungszentrum Aachen GmbH]

Lösungsweg

Mit Hilfe eines experimentellen und numerischen Vorgehens wird zunächst auf eine Erweiterung des grundlegenden Verständnisses der beiden Verfahren hingearbeitet. Die Herleitung des zeit- und richtungsabhängigen Materialverhaltens erfolgt über FE-Simulationen. Gleichzeitig dienen experimentelle Parametervariationen dazu, die optimalen Prozessgrößen hinsichtlich der maximal erreichbaren Einglättung und Härtesteigerung zu identifizieren. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden schließlich in einem zweiten Arbeitspaket geklopfte bzw. gewalzte Proben beschichtet, um die Stützwirkung der mechanisch randschichtverfestigten Oberflächen zu untersuchen. Im kombinierten Streifenziehversuch kann dann für die erfolgversprechendsten Verfahrenskombinationen das Verschleißverhalten ermittelt werden. Zwei weitere Arbeitspakete untersuchen das Potenzial von Verfahrenserweiterungen der maschinellen Oberflächeneinglättung. So werden einerseits Nanopartikel, auf der anderen Seite Legierungselemente in die Randschicht eingewalzt bzw. -geklopft, um deren Einfluss auf das Verschleißverhalten zu bewerten. Den Abschluss findet das Projekt durch Bearbeitung realer Tiefziehwerkzeuge in Industrieunternehmen.

Gefräste und festgeklopfte Struktur im direkten Vergleich
Abbildung 3: Gefräste und festgeklopfte Struktur im direkten Vergleich

Danksagung

Das PtU dankt den folgenden Firmen für die Unterstützung bei der Durchführung dieses Projektes:

  • BMW AG
  • Tatasteel
  • Daimler AG
  • VolkswagenAG
  • Ford Forschungszentrum Aachen GmbH
  • FILZEK TRIBOtech
  • Hans Berg GmbH & Co. KG KWL
  • Konstruktion und Werkzeugbau Löcker
  • Oerlicon Balzers
  • VST Seidel GmbH&Co. KG
  • Siebenwurst Werkzeugbau GmbH Zwickau
  • ECOROLL AG
  • Zeller und Gmelin GmbH&Co. KG