Maschinelles Oberflächenhämmern und Festwalzen von austenitisch ferritischem Gusseisen

Maschinelles Oberflächenhämmern und Festwalzen von austenitisch ferritischem Gusseisen

 

Motivation

Die Verwendung höherfester Bleche im Automobilbau führt zu erhöhtem Verschleiß der Ziehwerkzeuge. Aus diesem Grund werden aktuell hochbelastete Stellen in Gusswerkzeugen mit einem Laser gehärtet oder durch Stahleinsätze substituiert. Gusseisen bietet jedoch den Vorteil, dass es endkonturnah abgegossen werden kann und damit die anschließende Bearbeitung auf ein Minimum reduziert wird. Daher wäre es von Vorteil, den Grauguss EN-JS2070 (ehemals GGG70L) für weitere Anwendungsfelder wie beispielsweise der Umformung höherfester Blechwerkstoffe qualifizieren.

 

Zielsetzung

Innerhalb dieses Forschungsvorhabens wird das Ziel angestrebt, das Abrieb- und Verschleißverhalten von Tiefziehwerkzeugen aus Grauguss zu verbessern und die Prozesskette im Werkzeug- und Formenbau zu verkürzen.

Dazu wird im Werkstoff EN-JS2070 die Mikrostruktur durch Wärmebehandlung dahingehend beeinflusst, dass ein Gusseisen mit austenitisch ferritischem Gefüge (ADI) entsteht. Durch Induzierung von Spannungen kann der Austenit im Gefüge in Martensit umwandeln und die Oberfläche erfährt eine signifikante Härtesteigerung. Die notwendige Spannung wird dabei durch die beiden Fertigungsverfahren „Maschinelles Oberflächenhämmern“ und „Festwalzen“ eingebracht. Durch beide Verfahren kann die Frässtruktur von Freiformflächen erheblich eingeglättet werden, wodurch der manuelle Polieraufwand auf ein Minimum sinkt und der Zeitbedarf in der Prozesskette des Werkzeugbaus reduziert wird. Gemäß den Anforderungen des Werkzeugbaus soll dabei eine möglichst harte und gleichzeitig glatte Oberfläche entstehen.

Mit dieser Änderung der Prozesskette ist es schließlich möglich durch einen automatisierten Prozessschritt a) das händische Polieren und b) das Laser- bzw. Induktionshärten von Grauguss zu ersetzen.

 
Abbildung 1: EN-JS2070 im Ausgangszustand
Abbildung 1: EN-JS2070 im Ausgangszustand
Abbildung 2: Als ADI nach der Wärmebehandlung
Abbildung 2: Als ADI nach der Wärmebehandlung

Lösungsweg

An verschiedenen ADI-Zuständen werden zunächst Parameterstudien zum Hämmern und Walzen durchgeführt. Aus den Ergebnissen sollen Bearbeitungsstrategien abgeleitet werden, die zur Erzeugung glatter und harter martensitischer Oberflächenden führen. Die erforderlichen Frässtrategien werden ebenfalls untersucht. Im parallel dazu laufenden Arbeitspaket werden mit Hilfe von FEM-Simulationen ebenfalls Bahnstrategien für das Hämmern/Walzen von ADI-Werkstoffen ermittelt. Im Weiteren erfolgt die Überführung der geeignetsten Proben in den Streifenziehversuch, in dem das Abrieb- und Verschleißverhalten untersucht wird. Verglichen wird der ADI-Werkstoff mit Referenzproben, deren Bearbeitung dem Stand der Technik entspricht. Zusätzlich wird das tribologische Verhalten nitrierter ADI-Werkstoffe untersucht. Durch Überführung der experimentellen Ergebnisse in die praktische Anwendung und der Ableitung von Handlungsrichtlinien wird das Projekt abgeschlossen.

Danksagung

Das IGF-Vorhaben 16704N der Forschungsvereinigung EFB wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das PtU dankt der Europäischen Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB) bzw. der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) sowie den nachstehenden Unternehmen für Ihre Unterstützung bei der Durchführung des Forschungsprojektes.

  • Daimler
  • Volkswagen
  • FILZEK TRIBOtech
  • ECOROLL
  • F&K Werkstoffprüfung
  • Konstruktion und Werkzeugbau Löcker /Accurapuls
  • Schwartz Wärmebehandlungen
  • Rhenus Lub