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Projekt
Mikro- und Makrostrukturierung von Tiefziehwerkzeugen zur Trockenumformung
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Eckhard Beyer; Professor Dr.-Ing. Alexander Brosius; Professor Dr.-Ing. Andrés Fabián Lasagni
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung von 2013 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244947573
Die großen Reibkräfte in Umformprozessen führen zu einer Verkleinerung des Prozessfensters, daher kommen Schmierstoffe zum Einsatz, um die Reibung zu minimieren. Die Vorteile der Schmierstoffe gehen aber mit wirtschaftlichen und ökologischen Nachteilen einher. Daher ist das Ziel des hier verfolgten integrierten Ansatzes aus Beschichtung, sowie Mikro- und Makrostrukturierung, die vollständige Elimierung von Schmierstoffen aus dem Tiefziehprozess. Während der ersten Förderperiode erfolgten die grundlagenorientierte Analyse der verschiedenen Einzeltechnologien und die experimentelle Verifikation der Werkzeugstrukturierung. In der zweiten Projektphase wurde das Verfahrensprinzip verbessert. Für eine zeiteffiziente Auslegung des Prozesses wurde ein analytisches Modell zur Beschreibung der Auswirkung von Einflussparametern auf die Prozessgrenzen durch Bodenreißer und Faltenbildung entwickelt. Weiterhin konnten in einer Machbarkeitsstudie mit hochfesten Stählen weitere Vorteile makrostrukturierter Werkzeuge gegenüber Standardprozessen gezeigt werden. Die Reduktion der Reibung wurde durch die Untersuchung von Beschichtungstechnologien sowie der Mikrostrukturierung von Werkzeugen verfolgt und das Verschleißverhalten analysiert. Alle Technologien wurden auf die Konstruktion eines modularen Tiefziehwerkzeugs für nicht-rotationssymmetrische Bauteile übertragen.Auf Grundlage dieser Ergebnisse soll innerhalb der dritten Förderperiode ein Trocken-tiefziehprozess unter industrierelevanten Einsatzbedingungen für komplexe Bauteilgeometrien und hochfeste Stähle verwirklicht werden. Der zentrale Ansatz bleibt hierbei der integrierte Einsatz der eingesetzten Prozesse, die die Makrostrukturierung, Beschichtung und Mikrofunktionalisierung nutzen. Hierfür ist die Weiterentwicklung der Makrostrukturierung ins Dreidimensionale ein zentraler Punkt, da so die gezielte Steuerung des radialen und tangentialen Materialflusses ermöglicht wird. So lassen sich die auftretenden Spannungen und Wechselbiegungen gezielt einstellen, um die resultierenden Bauteileigenschaften kontrollieren zu können.Ein halb-analytisches Modell kommt zur Auslegung des Prozesses und Auswahl der Prozessparameter zum Einsatz. Den Anforderungen des Trockentiefziehprozesses bezüglich Reibung und Verschleiß wird mit einem kombinierten Ansatz aus Beschichtung und Mikrostrukturierung begegnet. Das Ziel ist eine Verbesserung des bisherigen Resultate durch Adaption der Beschichtung und des Strukturierungsverfahrens. So sollen mit Fluor dotierte ta-C-Beschichtungen zum Einsatz kommen und der Haftvermittler Chrom durch Nitrieren substituiert werden. Zusätzlich werden die Pulszeiten im DLIP weiter verkürzt und eine Homogenisierung des Laserstrahls angestrebt, um die Qualität der erzeugten Strukturen zu verbessern und die Schädigung des Substrates zu minimieren. Alle Technologien werden am modularen Umformwerkzeug der zweiten Förderperiode umgesetzt und verifiziert.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
