Einfluss einer Kühlung auf die tribologischen Verhältnisse beim Umformen von Aluminiumblechen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Trend zum ganzheitlichen Leichtbau stellt in allen industriellen Bereichen hohe Anforderungen an zukünftige Entwicklungen. Aluminiumwerkstoffe eignen sich aufgrund des möglichen Gewichtsvorteils aber auch wegen des hervorragenden Energieaufnahmevermögens besonders für Anwendungen im Automobil- und Luftfahrtsektor sowie im allgemeinen Maschinenbau. Die weltweite Nachfrage nach Aluminium für die Automobil- und Verpackungsindustrie wächst stetig. So soll die weltweite Produktion bis 2015 auf 45 Mio. t steigen. Die Anwendung von Aluminiumlegierungen, speziell in Umformprozessen, stellt hohe Anforderungen an die gesamte Prozessgestaltung (Blecheigenschaften, Werkzeugwerkstoffe und Werkzeugauslegung sowie verwendete Lastkollektive, etc.). Das Umformverhalten von Aluminiumlegierungen unterscheidet sich aufgrund werkstoffspezifischer Besonderheiten erheblich von dem der klassischen Stähle. Der Einsatz von Aluminiumlegierungen geht mit der Problematik der starken Adhäsionsneigung gegenüber gängigen Werkzeugwerkstoffen bei direktem Materialkontakt einher. Diese führt während des Umformprozesses oft zu Kaltaufschweißungen auf den Werkzeugen und damit zu einer Beeinträchtigung der Bauteiloberflächengüte, der Prozessstabilität und der angestrebten Toleranzen. Für die Entwicklung wirksamer Strategien zur Verminderung des Adhäsionsverschleißes müssen die grundlegend wirksamen Mechanismen und die Einflussfaktoren auf den Adhäsionsverschleiß untersucht werden. Im Rahmen des vorliegenden Projektes wurde der Einfluss verschiedener Legierungszusammensetzungen und anodisch erzeugter Oxidschichten auf die Verschleiß-/Adhäsionsneigung verschiedener Aluminiumlegierungen gegenüber Stahlwerkzeugen untersucht. Der Einfluss der Temperatur wurde in diesem Projekt betrachtet. Die untersuchten Legierungen EN AW-6060 und EN AW-5182 zeigten deutlich unterschiedliche Verschleißbilder im Vergleich zum technisch reinen Aluminium EN AW-1050. Während das technisch reine Aluminium bereits nach wenigen Hüben im Streifenziehversuch mit einem Zylinder- Ebenen-Werkzeug unter einer Niederhalterkraft von 11 kN versagte, zeigten die beiden höher legierten Werkstoffe EN WA-6060 und EN AW-5182 eine deutlich bessere Verschleißbeständigkeit. Bei gleicher Niederhalterkraft zeigte sich im Vergleich zu EN AW-1050 eine um bis zu 79 % reduzierte Zugkraft. Die Versuche wurden nach 280 Hüben im Fall der EN AW-5182 und nach 700 Hüben im Fall der EN AW-6060 abgebrochen. Auf den Stahlwerkzeugen dieser Versuche konnten kleine Aluminiumkaltaufschweißungen nachgewiesen werden. Die Werkzeuge zeigten abrasiven Verschleiß. Das technisch reine Aluminium hingegen lagerte sich auf den Werkzeugen in Form der für Aluminiumwerkstoffe üblichen Adhäsionen ab. Für die Versuchsreihen zum Einflussfaktor Oxidschicht wurde eine kontinuierliche Eloxalanlage entworfen und konstruiert. Ziel war es, eine technische Eloxierung der Blechbänder direkt vor dem Werkzeugeinlauf zu ermöglichen. Aufgrund der zu hohen, aber für eine Eloxierung innerhalb einer Minute notwendigen Stromdichten sowie der fehlenden Verhältnismäßigkeit von Kosten für die Absicherung und Nutzen der Anlage, wurde von einem Bau der Anlage abgesehen. Die Bleche wurden stattdessen konventionell in einem Bad eloxiert. Im Gegensatz zu den nicht eloxierten Legierungen führten die Versuche aller drei Werkstoffe zu adhäsiven Verschleißerscheinungen auf den Werkzeugen. Zudem gleichen sich deren Ausformung auf der Werkzeugoberfläche sowie deren schichtartiger/lamellarer Aufbau. Auf den Blechstreifen der Legierungen EN AW-1050 und -5182 konnte ein Versagen der Eloxalschicht nachgewiesen werden. Bei allen Werkstoffen konnten zusätzlich zu den Adhäsionen noch abrasiv wirkende Verschleißpartikel nachgewiesen werden. Diese verstärken die Adhäsionsneigung und führen zu makroskopischen Aufschweißhöhen von maximal ca. 500 µm. Mit Hilfe der gewonnenen Ergebnisse konnten bisher nur theoretisch postulierte Adhäsionsmechanismen bestätigt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Charakterisierung von Einflüssen auf die tribologischen Verhältnisse beim Umformen von Aluminiumblechen. In: 53. Tribologie-Fachtagung. Göttingen, GfT Gesellschaft für Tribologie e.V. (2012)
Groche, Peter ; Resch, Franziska ; Elsen, Alexander
- Entwicklung der Umformtechnik am PtU. In: 11. Umformtechnisches Kolloquium Darmstadt, 06.-07. März 2012. (2012)
Groche, Peter ; Resch, Franziska
- Charakterisierung von Einflüssen auf die tribologischen Verhältnisse beim Umformen von Aluminiumblechen. In: Tribologie + Schmierungstechnik. 60. Jahrgang, Ausgabe 2/2013
Groche, Peter ; Resch, Franziska ; Elsen, Alexander
