Tribologische Systeme für die Kaltmassivumformung rostfreier Stähle

Tribologische Systeme für die Kaltmassivumformung rostfreier Stähle

 

Motivation

Rostfreie Stähle zeichnen sich durch ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit sowie hohe Festigkeit aus und werden deshalb immer häufiger auch in der Schraubenproduktion eingesetzt. Produkte, die aufgrund komplexerer Geometrien hohe Umformgrade erfordern, können derzeit jedoch nur eingeschränkt kaltumformtechnisch hergestellt werden. Bei der Umformung rostfreier Stähle ist neben den hohen mechanischen Werkzeugbelastungen insbesondere das Tribosystem zu betrachten. Bedingt durch die höhere Festigkeit der Werkstoffgruppe steigen zum einen die tribologischen Lasten (vor allem Kontaktnormalspannungen und Temperaturen) in der Kontaktzone [1]. Zum anderen kann für diese Werkstoffe nicht die bei der Verarbeitung niedriglegierter Stähle übliche Zinkphosphatbeschichtung als Schmierstoffträgerschicht eingesetzt werden. Alternativ wird meist eine Oxalatschicht in Kombination mit Chlorparaffin als Schmierstoff verwendet. Beide sind durch hohe Umweltbelastungen bei der Beschichtung als kritisch anzusehen. Alternative ökologisch vorteilhafte Einschichtschmierstoffsysteme sind bei der Umformung rostfreier Stähle bisher nur unzureichend erforscht.

 
[1] Temperaturproblematik bei der Kaltmassivumformung rostfreier Stähle
[1] Temperaturproblematik bei der Kaltmassivumformung rostfreier Stähle
 

Zielsetzung

Ziel des Forschungsprojektes ist die konversionsschichtfreie Umformung rostfreier Stähle. Dies soll durch die Anpassung und Weiterentwicklung von Einschichtschmierstoffsystemen ermöglicht werden. Hierfür werden die tribologischen Lasten und Temperaturen während der Umformung ermittelt sowie aktuell verfügbare Schmierstoffsysteme charakterisiert.

 

Lösungsweg

Basierend auf einer numerischen Prozessauslegung werden die tribologischen Lasten von drei Muster-Fließpressprozessen ermittelt. Zur Erhöhung der Simulationsqualität wird der Wärmeübergangskoeffizient für die im Umformprozess auftretenden Temperaturen und Kontaktnormalspannungen in einem Prüfstand experimentell bestimmt. Anschließende Tribometerversuche dienen zur Charakterisierung aktueller Schmierstoffsysteme unter den vorher ermittelten Lasten und sind die Basis zur Weiterentwicklung der Einschichtschmierstoffsysteme. Neben Einschichtschmierstoffen kommen Schmierstoffsysteme mit Konversionsschicht (Oxalat) und Schmierstoff als Referenz zum Einsatz. In abschließenden Validierungsversuchen werden die weiterentwickelten Schmierstoffe in realen Fließpressprozessen untersucht. Eine Werkzeugtemperierung ermöglicht die Einstellung von industrienahen sowie optimierten Temperaturbereichen.

 

Danksagung

Das IGF-Vorhaben 19803 N der GCFG wird 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 German Cold Forging Group (GCFG) und der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) sowie den folgenden Unternehmen für Ihre Beteiligung an der Durchführung des Forschungsprojektes:

• Arnold Umformtechnik GmbH & Co. KG

• baier & michels GmbH & Co. KG

• Carl Bechem GmbH

• Chemetall GmbH

• CPM GmbH

• Eifeler Vacotec GmbH

• fischerwerke GmbH & Co. KG

• Hilti Corporation

• KAMAX Holding GmbH & Co. KG

• Räuchle GmbH + Co. KG

• RIBE Verbindungstechnik GmbH & Co. KG

• Schondelmaier Presswerk GmbH

• SSF-Verbindungsteile GmbH

• Wezel GmbH Kaltumform-Technik

• ZWEZ-Chemie GmbH