In der modernen Umformung ist der Werkzeugverschleiß infolge des Einsatzes vom hoch- und höchstfesten Stahl zunehmend eine Herausforderung. Die erhöhte Belastung zwischen Werkzeug und Werkstück führt zu einer verkürzten Standzeit des Umformwerkzeugs. Daher ist es notwendig, die Werkzeugstandzeit methodisch abschätzen zu können. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wird eine Vorgehensweise zur Charakterisierung der Verschleißfestigkeit eines tribologischen Systems für realen Umformprozess wie Abstreckgleitziehen und Verzahung entwickelt.

Motivation

Ein besseres Verständnis und eine bessere Kontrolle des Werkzeugverschleißes sind Schlüsselfaktoren für die effiziente Blechverarbeitung in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU). 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 Übereinstimmung zwischen Modellversuch und realem Prozess bezüglich der Verschleißentwicklung anzustreben.

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. Ferner werden die Standzeiten unter erhöhten Lastniveaus im Modellversuch ermittelt. Mit den Ergebnissen 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 die Kontaktnormalspannung und das Temperaturfeld im Umformwerkzeug, ermittelt. Durch Auswahl geeigneter Verschleißmodelle wird die Verschleißentwicklung ermittelt. Anhand der resultierenden tribologischen Lasten und der abgeschätzten Verschleißentwicklung wird ein Spezialwerkzeug für Modellversuche ausgelegt, mit welchem die Verschleißentwicklung des realen Prozesses im Modellversuch abgebildet wird. Im Anschluss werden die Standzeiten im Modellversuch unter prozessähnlichen und erhöhten Lastniveaus ermittelt. Die ermittelten Standzeiten und ihre Streuung bilden das Verschleißfestigkeitsdiagramm, welches die Erwartungswerte der Werkzeugstandzeiten und ihre Unsicherheiten abbildet. Schließlich wird ein Schätzverfahren entwickelt, mit welchem die Verschleißfestigkeitskennlinien in Abhängigkeit des gesamten Lastniveaus abgeleitet werden (Siehe Abbildung).

Danksagung

Die hier dargestellten Forschungsarbeiten finden im Rahmen des IGF-Vorhabens Nr. 21116 N der Forschungsvereinigung Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB) statt. Dieses wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Ferner bedanken wir uns bei allen Industriepartnern, die das Forschungsprojekt „Vorhersage Werkzeugstandzeit“ im Projektbegleitenden Ausschuss unterstützen.

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