Untersuchung von Reibung und Verschleiß in der temperaturunterstützten Aluminium Blechumformung

RAmP – Teilprojekt

Das im Folgenden beschriebene Forschungsprojekt ist Teil des KMU-Verbundvorhabens RAmP (Robuste Umformung hochfester Aluminiumlegierungen durch mehrdimensionale Prozessfenster) innerhalb des LOEWE-Schwerpunkts ALLEGRO und wird als duale Promotionsstelle mit der Firma Filzek TRIBOtech bearbeitet.

Motivation

Der Werkstoff Aluminium leistet seit Jahrzehnten wichtige Beiträge zum ressourceneffizienten Leichtbau. Stark wachsende Branchen, wie die E-Bike- und Automatisierungsindustrie sowie weiterhin der Automobilbau stellen hohe Ansprüche an Leichtbaumaßnahmen. Neben Effizienzsteigerungen im Betrieb steht der Gebrauchsnutzen im Vordergrund: Dieser ergibt sich durch höhere erzielbare Dynamik (insb. Automation), Handhabungsvorteile (insb. E-Bike) und Zuladung sowie Querdynamik (Automobil). Mit bisherigen Legierungs- und Produktionskonzepten können die Herausforderungen an den Materialleichtbau nicht zufriedenstellend gelöst werden.

Hier setzt das Projekt „RAmP“ an: Kern des Projektes ist es, das bisher begrenzte Knowhow zur temperaturunterstützten Umformung von hochfestem Aluminium weiterzuentwickeln und die Prozessrobustheit zu steigern. Die temperaturunterstützte Aluminium Blechumformung verspricht grundsätzlich ein gesteigertes Formgebungsvermögen und somit die Möglichkeit, hochkomplexe Aluminiumbauteile herzustellen.

Abbildung 1 – Prozessrouten der temperaturunterstützten Aluminium Blechumformung und Clusterbildung tribologischer Systeme

Die Tribologie ist ein zentrales Forschungsthema bei der Weiterentwicklung von temperaturunterstützten Umformprozessen (vgl. Abbildung 1). Für die erfolgreiche industrielle Umsetzung sowie Steigerung der Robustheit dieser Prozesse ist die Erforschung von Reibung und Werkzeugverschleiß unter verschiedenen tribologischen Bedingungen essenziell. Mit den bisher eingesetzten Prüfständen ist keine zufriedenstellende Untersuchung von Reibung und insbesondere Werkzeugverschleiß dieser temperaturunterstützten Prozesse möglich.

Zielsetzung

Ziel des Teilprojekts Tribologie ist die Durchführung prozessnaher Streifenziehversuche, um Aufschluss über das Reib- und Verschleißverhalten bei der temperaturunterstützten Umformung zu erhalten. Mithilfe des Streifenziehversuchs und der Umformprozesse von Projektpartnern soll eine tribologische Clusterbildung erfolgen: Abhängig von verschiedenen Parametern sollen Empfehlungen für Schmierstoffe, deren Applikation sowie Werkzeugbeschichtung und Prozessroute ausgesprochen werden. Insgesamt wird eine Robustheitssteigerung von Prozessen für die Umformung hochfester Aluminium Bleche angestrebt.

Lösungsweg

Am PtU ist bereits eine Streifenziehanlage zur prozessnahen Reibungsmessung für die temperaturunterstützte Aluminium Blechumformung im Einsatz (vgl. Abbildung 2).

Abbildung 2 – Streifenziehversuch: Versuchsprinzip und -anlage

Im vorliegenden Projekt ist die Weiterentwicklung dieser Anlage vorgesehen, um sie für die o.g. Untersuchungen zu nutzen. Dazu wird die Anlage optimiert und für Verschleißversuche umgerüstet. Grundsätzlich werden unterschiedliche Schmierstoffe und Werkzeugoberflächen bei verschiedenen Prozessbedingungen (Temperatur, Kontaktnormalspannung, Ziehweg, etc.) untersucht. Die gewonnenen Versuchsergebnisse werden für die tribologische Clusterbildung genutzt.

Im Rahmen der Anlagenerweiterung und Versuchsdurchführung werden einige studentische Arbeiten angeboten. Thematisch können die Schwerpunkte der Arbeit auf die Stärken und Interessen der Studierenden angepasst werden.

Danksagung

Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 822/19-142) wird im Rahmen der Innovationsförderung Hessen aus Mitteln der LOEWE – Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhaben gefördert. Außerdem gilt unser Dank den im RAmP Verbundvorhaben beteiligten Unternehmen, insbesondere Filzek TRIBOtech, sowie allen Beteiligten von ALLEGRO für die gute Zusammenarbeit.