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Projekt
Schmierstofffreies Tiefziehen von Aluminiumblechen für den Karosseriebau
Antragsteller
Dr.-Ing. Roland Müller; Professor Dr.-Ing. Andreas Schubert; Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung von 2013 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244972655
In der Automobilindustrie erfolgt der Einsatz von Schmierstoffen beim Umformen, um die Prozessgrenzen durch Reduktion von Reibung und Verschleiß zu erweitern, wobei sich aus dem Schmierstoffeinsatz erhebliche Umweltbelastungen ergeben. Der Wunsch einer ökologischen Produktion durch den Verzicht auf Schmierstoffe darf jedoch nicht in einer verringerten Wettbewerbsfähigkeit europäischer Hersteller münden. Ziel des Gemeinschaftsprojekts ist die Realisierung des Trockenumformens von Aluminiumlegierungen beim Tiefziehen durch die lokale Erhöhung der Werkzeugbelastbarkeit über den Einsatz von entsprechend maßgeschneiderten Beschichtungen. Dazu sollen strukturierte, verschleißfeste kohlenstoffbasierte Schichten auf Stahlwerkzeugen zum Einsatz kommen, die das trockene Tiefziehen von Aluminiumblechen in dem Maße ermöglichen, dass die Prozessgrenzen auf dem Niveau der schmierstoffbasierten Umformung liegen.In der ersten Förderphase wurde eine Beanspruchungsanalyse zur Bestimmung der im Tiefziehprozess stark beanspruchten Bereiche auf der Werkzeugoberfläche durchgeführt. Streifenziehversuche mit strukturierten und a-C:H:Si beschichteten Ziehwerkzeugen haben gezeigt, dass der Reibwert bei der trockenen Umformung durch eine strukturierungsbedingte Reduzierung des Traganteils abgesenkt werden kann. Jedoch ist das Niveau der ermittelten Reibwerte durch massive Anhaftungen im Vergleich zur geschmierten Umformung deutlich zu hoch. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass durch die Einbringung von Si-Atomen in die CVD-Diamantschicht, die Leitfähigkeit der Beschichtung soweit beeinflusst wird, dass eine funkenerosive Nachbearbeitung ermöglicht wird.Im Rahmen der zweiten Förderphase sollen die Zugeigenspannungen innerhalb einer CVD-Diamantbeschichtung mit einer PVD-Diffusionsbarriere auf Stahl näher untersucht werden, da sie unter zusätzlicher Last beim Umformprozess zu einer Abplatzung der Schicht führen können.Es gilt zu untersuchen inwieweit der Eigenspannungszustand und die Haftfestigkeit der Beschichtung durch den Prozesstemperaturverlauf während der Beschichtung, einem gradierten Übergang von der Diffusionsbarriere zur Diamantschicht und einer Feingestaltung der Substratoberfläche durch spanende Verfahren beeinflusst werden. Daneben sind die Mikrostrukturierung der wirksamen Flächen eines Umformwerkzeugs, sowie die Glättung unter Einstellung definierter Rauheitswerte durch funkenerosive Bearbeitung der CVD-Diamantschicht vorgesehen, um den Materialfluss des Werkstücks zu beeinflussen. Die neu entwickelten Werkzeugbeschichtungen und -strukturierungen werden anschließend verschiedenen Belastungszuständen ausgesetzt. Für die Abbildung des Tiefziehverfahrens wurde der Näpfchenziehversuch ausgewählt. Nach den experimentellen Grundlagenuntersuchungen sollen die Erkenntnisse auf eine anwendungsorientierte komplexe 3D-Werkzeugoberfläche eines B- Säulenfußes übertragen werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
