EM_Randschicht

Optimierung des Abrieb- und Verschleißverhaltens von Werkzeugen durch Randschichtverfestigung

 

Problemstellung

Die erhöhten Anforderungen an den Langzeit-Korrosionsschutz bedingen den zunehmenden Einsatz von beidseitig verzinkten Blechen insbesondere in der Automobilindustrie. Gerade bei diesen Materialien tritt verstärkt ein Abrieb der Zinkschicht in den Press-Werkzeugen aus Grauguss auf. Oberflächenfehler, höhere Kosten durch Ausschuss sowie Beeinträchtigung der Bauteilqualität und Prozesssicherheit sind die unmittelbare Folge. Dieser Effekt tritt besonders verstärkt bei beschichteten Blechen aus höher- und höchstfesten Stählen auf.

Abbildung 1
Abbildung 1

Zielsetzung

Ziel dieses Projektes ist es, das Abrieb- und Verschleißverhalten von Werkzeugoberflächen zu optimieren. Das Potenzial der innovativen Oberflächenverfestigungs-Verfahren Festwalzen und Festklopfen soll beurteilt und der Transfer der Ergebnisse in die Praxis ermöglicht werden. Im Sinne einer tribologischen Prozessoptimierung kann so der Werkzeugverschleiß reduziert werden, und die Umformbarkeit von höher- und höchstfesten Stahlblechen wird verbessert.

Abbildung 2
Abbildung 2

Lösungsweg

Die kombinierte Streifenziehanlage des PTU ermöglicht es, reale Presswerkbedingungen modellhaft sehr genau abzubilden. Eine praxisnahe Prüfung des Abriebverhaltens verzinkter Bleche als auch des Abrieb- und Verschleißverhaltens der eingesetzten Ziehwerkzeuge wird gewährleistet. Damit können die wesentlichen Einflussfaktoren auf den Abrieb labortechnisch analysiert und Kriterien zur Vermeidung von Zinkabrieb abgeleitet werden. Ein vorausgegangenes Projekt hat gezeigt, dass vorwiegend die offenen Poren der gegossenen Werkzeuge aus GGG 70L den Abrieb verursachen. Hohes Potenzial versprechen daher Verfahren zur Randschichtverfestigung der Presswerkzeuge, wie etwa Glatt- und Festwalzen oder Klopfen. So behandelte Werkzeuge weisen eine viel glattere und verschleißresistentere Oberfläche auf, so dass hier hinsichtlich der Minimierung des Abriebphänomens gute Ergebnisse zu erwarten sind.

Abbildung 3: Kombinierte Streifenziehanlage mit Entstapeleinheit, Reinigung- und Beölungsmodul und Prüfstand
Abbildung 3: Kombinierte Streifenziehanlage mit Entstapeleinheit, Reinigung- und Beölungsmodul und Prüfstand

Ergebnisse

Voruntersuchungen festgewalzter Proben lassen erkennen, dass eine Einglättung der Oberfläche sowie eine deutliche oberflächennahe Härtesteigerung möglich sind. Ein erster Verschleißtest an festgeklopften Werkzeugen zeigt, dass zwar noch Zinkabrieb auftritt, dieser jedoch gegenüber standardmäßig geschliffenen Werkzeugen spürbar reduziert werden kann.

Ausblick

Die Verfahren der mechanischen Oberflächenverfestigung bieten einiges Potenzial, da sie unmittelbar nach der letzten Fräsoperation noch in gleicher Aufspannung anwendbar sind. Die beiden Verfahren sollen so optimiert werden, dass Schleif- und Härteoperationen an Presswerkzeugen eingespart werden können.

Danksagung

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

BMW Group
Corus Research Development & Technology
Ecoroll AG
Filzek Tribotech
Ford Forschungszentrum Aachen GmbH
KWL Löcker
Raziol Zibulla & Sohn GmbH
Salzgitter AG
Seidel GmbH & Co KG
VST Keller GmbH & Co KG
Zeller + Gmelin GmbH & Co KG