Untersuchungen der Wirkzusammenhänge zwischen Topographie, Reibung und Verschleiß beim Tribosystem Werkzeug-Werkstück in der Warmmassivumformung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250959581

Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens sollen grundlegende Kenntnisse zu den komplexen Wirkzusammenhängen der mikrostrukturellen Oberflächengestalt von Schmiedewerkzeugen und der Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück sowie dem daraus resultierenden Werkzeugeinsatzverhalten erarbeitet werden. Zunächst werden Reibfaktoren und Umformkräfte unter Warmmassivumformbedingungen in Abhängigkeit von der stochastischen Werkzeugtopographie, der Werkzeug- und Werkstücktemperatur und den Schmierbedingungen ermittelt. Auf Basis der daraus zu generierenden Ergebnisse werden geeignete Werkzeuge für Serienschmiedeversuche gefertigt und unter Berücksichtigung der Werkzeugtopographie sowie der genannten Prozessparameter in Langzeitversuchen eingesetzt und im Hinblick auf das Verschleißverhalten untersucht. Da von einer signifikanten Belastungsabhängigkeit der zu untersuchenden Parameter auszugehen ist, werden zwei unterschiedliche Schmiedeprozesse mit definierten und deutlich voneinander abweichenden Belastungszuständen (thermisch, mechanisch und tribologisch) realisiert.Einen wesentlichen Schwerpunkt der Untersuchungen stellt neben den topographieabhängigen Reibfaktoren und der Beeinflussung der Umformkraft durch die Oberfläche die Fragestellung nach der Topographiebeständigkeit unter Belastungen der Warmmassivumformung dar. Auf Basis bereits durchgeführter Untersuchungen am beantragenden Forschungsinstitut ist bekannt, dass es gewisse Strukturen gibt, die nicht sofort infolge der Belastungen bei der Warmmassivumformung zyklisch eingeebnet oder aufgeraut werden. Diese Strukturen können auf Basis der bisherigen Kenntnisse jedoch noch nicht eindeutig definiert werden. In wie weit eine möglichst beständige Topographie gegenüber Oberflächeneinebnungen bzw. -aufrauungen mit einem verbesserten Verschleißverhalten korreliert, ist ebenfalls nicht bekannt.Weiterhin sollen im beantragten Vorhaben geeignete Kenngrößen zur Beschreibung relevanter mikrostruktureller Oberflächenveränderungen für Schmiedegesenke im dreidimensionalen Fall ermittelt werden. Als Basis hierfür wird die Abbott-Firestone Kurve verwendet, die die Auswertung unterschiedlicher Kenngrößen erlaubt. Hervorzuheben sind hier die Kenngrößen des flächenhaften Materials nach DIN EN ISO 25178, die eine Beschreibung einzelner Tiefenbereiche einer Topographie erlauben (spk, sk, svk-Werte). Eine systematische Untersuchung dieser Kennwerte zur Beschreibung mikrostruktureller Oberflächenveränderungen im Speziellen bei zunehmendem Werkzeugverschleiß beim Schmieden existiert bisher nicht. Bei Vorliegen der zu erarbeitenden Kenntnisse werden neue Möglichkeiten erschlossen, die Wirkzusammenhänge im Tribosystem Werkzeug-Werkstück besser zu verstehen und für unterschiedlichste Anwendungen nutzbar zu machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen