Effektiver Modellversuch zur Abschätzung der Werkzeugstandzeit

Motivation

Die Wettbewerbsfähigkeit von blechverarbeitenden kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) hängt in starkem Maße von einer effizienten und leistungsfähigen Verarbeitung der Blechbauteile ab. Aus diesem Grund ist ein besseres Verständnis und eine bessere Kontrolle des Werkzeugverschleißes ein Schlüsselfaktor für die effiziente Blechverarbeitung. Modellversuche wie der Streifenziehversuch bieten die Möglichkeit, die Verschleißfestigkeit der Umformwerkzeuge in bestimmten tribologischen Systemen zu bewerten. Allerdings kann ein Modellversuch die Verschleißentwicklung bzw. die Standzeit von Werkzeugen im realen Umformprozess nicht effektiv abbilden. Daher ist eine Untersuchung der Konsistenz der Verschleißentwicklung zwischen Modellversuch und realem Prozess wünschenswert.

Zielsetzung

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Methode zur Abschätzung der Werkzeugstandzeiten und der Verschleißentwicklung in realen Umformprozessen durch einen Modellversuch unter idealen Bedingungen. Darüber hinaus werden die Standzeiten unter erhöhten Lastniveaus im Modellversuch ermittelt. Hierzu wird überprüft, inwiefern sich die realen Werkzeugstandzeiten durch Versuche bei höherer tribologischer Belastung approximieren lassen.

Lösungsweg

Zu Beginn des Projekts werden mittels FEM-Simulation die tribologischen Lasten im realen Umformprozess, wie Kontaktnormalspannung und Temperaturfeld im Umformwerkzeug, ermittelt. Durch Auswahl geeigneter Verschleißmodelle wird die Verschleißentwicklung ermittelt. Anhand der Ergebnisse von tribologischen Lasten und abgeschätzter Verschleißentwicklung wird ein Spezialwerkzeug für Modellversuche ausgelegt, mit dem die Verschleißentwicklung des realen Prozesses im Modellversuch abgebildet werden kann. Nach der Herstellung der ausgelegten Werkzeuge werden die Standzeiten im Modellversuch unter prozessähnlichen und erhöhten Lastniveaus ermittelt. Die ermittelten Standzeiten und ihre Streuung bilden das Verschleißfestigkeitsdiagramm, das die Erwartungswerte der Werkzeugstandzeiten und ihre Unsicherheiten darstellt.

Abbildung –Verschleißfestigkeitsdiagramm

Schließlich wird ein Schätzverfahren entwickelt, womit die Verschleißfestigkeitskennlinien unter dem gesamten Lastniveau abgeleitet werden können.

Danksagung

Das PtU dankt der AiF, der Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB) sowie den beteiligten Firmen für die Unterstützung bei der Durchführung des IGF Projektes Nummer 21116 N.