Sensorgestützte Werkstoffauslegung

Sensorgestützte Werkstoffauslegung und Schichtentwicklung für die Umformtechnik

 

Problemstellung

Eine beanspruchungsgerechte Auslegung von Werkzeugwerkstoffen und Werkzeugbeschichtungen gewährleistet eine Verschleißminimierung, wodurch sich die Lebensdauer der Werkzeuge und damit die Wirtschaftlichkeit der Umformprozesse deutlich verbessern lassen. Allerdings sind die heute verwendeten Werkstoffe und Beschichtungen den auftretenden Belastungen nicht gewachsen. Dies ist auf den Trend zur Verarbeitung hoch- und höchstfester Stähle, die zunehmende Bauteilkomplexität, die verstärkte Bedeutung stark adhäsiver Werkstoffe sowie erhöhte Anforderungen an Maßgenauigkeit und Oberflächengüte zurückzuführen. Weiterhin fehlen genaue Kenntnisse über die in der Umformzone vorliegenden mechanischen und thermischen Beanspruchungen.

Zielsetzung

Aus der dargestellten Problemstellung ergeben sich folgende Teilziele, die zu einer optimierten Auslegung des tribologischen Systems für Prozesse der Blech-, Halbwarm- und Warmmassivumformung führen sollen:

  • Identifizierung geeigneter Werkstoff-Beschichtungskombinationen in Abhängigkeit der tribologischen Beanspruchungen für Werkzeuge der Blech- und Massivumformung
  • Experimentelle Ermittlung der Beanspruchbarkeit der Dünnschichtsensorik hinsichtlich der im Realprozess vorliegenden mechanischen und thermischen Belastungen
  • Experimentelle Analyse der Kontaktnormalspannungs- und Temperaturverteilung in praxisnahen Modellversuchen mittels Dünnschichtsensorik
  • Verifizierte Finite-Elemente-Modelle zur Ermittlung der lokalen Werkzeugbeanspruchung und Verifikation der Berechnungsergebnisse mittels Dünnschichtsensorik
  • Erkennen des Zusammenhangs zwischen den örtlich und zeitlich aufgelösten Temperaturen in der Kontaktzone und dem resultierenden Werkzeugverschleiß

Vorgehensweise

In Kooperation mit Anwendern und Werkzeugbeschichtern erfolgen die Entwicklung und Optimierung geeigneter Werkzeugwerkstoff- und Werkzeugbeschichtungskombinationen. Hierzu werden Verschleißuntersuchungen an tribologischen Modellprüfständen durchgeführt. Begleitet werden die Experimente durch numerische Beanspruchungsanalysen, die mit Hilfe von Dünnschichtsensoren verifiziert werden.