Einsatz alternativer Werkzeugwerkstoffe zum Feinschneiden hochfester Blechgüten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211263465

Forderungen aus dem Automobil- und Maschinenbausektor nach Verwendung höher- und höchstfester Blechwerkstoffe bringen viele konventionelle Fertigungsverfahren an ihre Verfahrensgrenzen. Beim Feinschneiden zeigt sich dies in einer fehlenden Druckfestigkeit und Härte der aktiven Werkzeugelemente zum Trennen des Blechwerkstoffs. Schnellarbeitsstähle, die heute üblicherweise in Feinschneidwerkzeugen eingesetzt werden, müssen daher durch alternative Werkstoffe mit höherer Druckfestigkeit, wie sie z.B. Hartmetalle aufweisen, substituiert werden. Allerdings geht mit einer Steigerung der Druckfestigkeit eines Werkzeugwerkstoffs auch grundsätzlich ein Duktilitätsverlust einher, der infolge prozessbedingter Zugspannungen während des Abstreifvorgangs beim Feinschneiden zum vorzeitigen Werkzeugbruch führt. Um Hartmetalle beim Feinschneiden dennoch prozesssicher einsetzen zu können und die Möglichkeiten und Grenzen dieses Werkstoffs aufzuzeigen, müssen zunächst die Entstehung und Wirkung der Prozesskräfte im Feinschneidprozess, insbesondere beim Abstreifen des Stanzgitters vom Schneidstempel analysiert und verstanden werden. Dazu werden in diesem Vorhaben zunächst simulativ und experimentell die maßgeblichen Einflussgrößen des Blechwerkstoffs unterschiedlicher Güten auf die Abstreifkraft analysiert und herausgestellt. Dadurch wird es im nächsten Schritt möglich, einen optimierten analytischen Ausdruck zu formulieren, der gegenüber der bisherigen Berechnung der Prozesskräfte die entscheidenden Einflussparameter berücksichtigt und somit zu einem präzisen Ergebnis führt. Um weiterhin die grundlegenden Zusammenhänge der mechanischen Blechklämmkräfte auf die Zugspannungen im Schneidstempel beim Abstreifen zu erforschen, wird durch den Bau eines Analogieprüfstands eine kostengünstige und schnelle Möglichkeit geschaffen, die maximale durch ein Hartmetall ertragbare Abstreifkraft zu ermitteln. Auf dieser Basis werden blechmaterialspezifische Kennwerte aufgestellt, die den Einfluss der Klemmkraft auf das Abstreifvermögen beschreiben. Mit diesem Wissen können potenzielle Hartmetallsorten auf ihre Eignung als Werkzeugwerkstoff für Feinschneidstempel identifiziert werden. Durch die Analogieversuche soll außerdem herausgestellt werden, welche Werkstoffparameter (Korngröße, Bindergehalt, etc.) des Hartmetalls maßgeblichen Einfluss auf eine Eignung dieser Werkstoffgruppe zum Einsatz als Stempelwerkstoff in Feinschneidwerkzeugen haben. Dabei sollen wiederum die wesentlichen werkstoffseitigen Einflussgrößen formuliert werden, die für eine grundsätzliche Eignung ausschlaggebend sind. Das Ziel dieses Vorhabens ist erreicht, wenn eine grundlegende Erweiterung des bestehenden Prozessverständnisses beim Feinschneiden aufgebaut wurde und auf dieser Basis die Erweiterung der Prozessgrenzen zum Schneiden hochfester Blechwerkstoffe ermöglicht wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen