Analyse der entladeimpulsabhängigen Oberflächenintegrität senkfunkenerodierter Umformwerkzeugformeinsätze aus Hartmetall und ihrer Auswirkungen auf die tribologischen Eigenschaften und das resultierende Ermüdungsverhalten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290130034

Hartmetalle besitzen aufgrund ihrer großen Verschleißfestigkeit und erhöhten Druckfestigkeit ein wachsendes Potential als Werkzeugwerkstoff in der Umformtechnik. Sie zeichnen sich durch eine gegenüber Stahlwerkstoffen gesteigerte Härte und eine gleichzeitig gegenüber Keramiken gesteigerte Zähigkeit aus. Der weiteren Verbreitung von Hartmetallen als Werkzeugwerkstoff für Aktivelemente in der Umformtechnik stehen allerdings neben den hohen Material- insbesondere hohe Bearbeitungskosten entgegen. Aufgrund ihrer Unabhängigkeit von mechanischen Materialeigenschaften stellt die funkenerosive Bearbeitung eine Schlüsseltechnologie für die formgebende Herstellung von Gesenkformeinsätzen dar. Allerdings zeigen funkenerodierte Hartmetallwerkzeuge oft trotz ihrer Werkstoffeigenschaften eine unzureichende Belastbarkeit. Mangelndes Prozesswissen, die Werkzeugoberflächen gezielt an das Anforderungsprofil anzupassen, stellt einen Grund hierfür dar.Allerdings zeigen die im Stand der Technik und im Folgeantrag dargestellten Ergebnisse, dass durch die richtige Prozessauslegung der gesamten Prozesskette die finale Bauteilfestigkeit gezielt und signifikant gesteigert werden kann. Die Zielsetzung des Projektes beinhaltet die wissenschaftlich fundierte und strukturierte Analyse des Einflusses der entladeimpulsabhängigen Oberflächenintegrität der Funkenerosion (Makrosenkerosion) auf das resultierende tribologische und mechanische Bauteilverhalten von Hartmetallen.Aus der ersten Forschungsphase haben sich zahlreiche Fragestellungen ergeben welche im Rahmen dieses Folgeantrages bearbeitet werden sollen. Einerseits soll die Erzeugung der Oberflächenintegrität durch unterschiedliche eingebrachte Energien mithilfe von vollfaktoriellen Versuchen mit einem physikalischen Modell beschrieben werden. Dessen Allgemeingültigkeit soll auf einem zweiten Werkzeugsystem verifiziert werden. Außerdem sind bei der Beschreibung der tribologischen Zusammenhänge nichtlineare Zusammenhänge festgestellt worden, zu deren Erklärung ebenfalls eine Vergrößerung des Versuchsrahmens erforderlich ist. Ein weiterer bisher nicht wissenschaftlich erforschter Effekt ist die geometrische Formabweichung bei der funkenerosiven Bearbeitung von Hartmetallen. Um diesen genauer zu untersuchen sollen sowohl die Bearbeitungsparameter als auch die Elektrodenmaterialien variiert werden. Um die Nutzbarkeit der funkenerosiven Bearbeitung von Hartmetall aufzuzeigen, sollen verschiedene Nachbehandlungsschritte an mechanischen Probenkörpern erprobt werden. Die Erkenntnisse hieraus sollen in die Auslegung und Fertigung von Gesenkformeinsätzen einfließen, welche in einem Einsatztest auf ihre Standzeit untersucht werden sollen. Abschließend soll ein Modell erstellt werden, in welches die gesamten Erkenntnisse beider Forschungszeiträume einfließen. Aus diesem sollen Handlungsempfehlungen für Anwender, Maschinen- und Hartmetallhersteller abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen