Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von Beschichtungen für Werkzeug-Aktivelemente zum Scherschneiden von Faserverbundwerkstoffen

Um das Potenzial neuer Leichtbaukonzepte ausschöpfen zu können, müssen FVK-Bauteile wirtschaftlich produziert werden. Zu diesem Ziel wird im Projektvorhaben das Scherschneidverfahren durch die Entwicklung geeigneter Werkzeugbeschichtungen für die Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen nutzbar gemacht. Die hohe Effizienz des Scherschneidens von konventionellen Blechwerkstoffen ist alternativlos und muss auch für die Verarbeitung von Faserverbundmaterialien realisiert werden. Zentrale Ziele sind die Gewährleistung einer hohen Bauteilqualität und einer langen Standzeit des Werkzeugs für die Hochvolumenproduktion von FVK-Bauteilen.

Lösungsweg

1. Konzeptionierung

2. Werkzeugfertigung

3. Schichtenentwicklung und Werkzeugbeschichtung

4. Durchführung von Scherschneidversuchen und Prozessparameterentwicklung

5. Verschleißanalyse

6. Dokumentation

Angestrebte Ergebnisse:

- Abhängigkeit der Qualität der Bauteilschnittfläche von den Werkzeugeigenschaften sowie der

Stößelkinematik der Servopresse

- Optimale Parameterkombination im Rahmen der untersuchten Parameterfenster

- Erfolgreiche Weiterentwicklung von Scherschneidwerkzeugen für die Bearbeitung faserbasierter

Kunststoffmaterialien

- Entwicklung eines reproduzierbaren pressenintegrierten Scherschneidprozesses für

Faserverbundmaterialien

- Anwenderrichtlinie für die Auslegung und Beschichtung der Scherschneidwerkzeuge für die

untersuchten FVK-Strukturen

Nutzen für KMU: Über 83 % der Zulieferunternehmen in der Automobilbranche sind KMU, die innovative Verfahren anwenden und weiterentwickeln. Dazu gehören viele Betriebe im Stanz- und Umformbereich, die ihr aktuell angebotenes Produktportfolio der Blechbearbeitung auf die Bearbeitung von Faserverbundmaterialien ausweiten können.

Darüber hinaus erschließen Unternehmen im Bereich des Werkzeugbaus und der Werkzeugbeschichtung, unter denen sich zahlreiche KMU befinden, neue Anwendungen mit Werkzeugen für das Scherschneiden von FVK.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen einer Hochvolumen-Anwendung wurden die Ergebnisse des Projektes und die dabei entwickelte Technologie zusammengefasst und praxisnah validiert. Hierbei wurde das Potenzial einer Verarbeitung mit, im Vergleich zum Fräsen, Wasser- und Laserstrahlschneiden sehr kurzen Zykluszeiten von < 0,5 Sekunden/Teil offengelegt und die Funktionsfähigkeit der entwickelten Beschichtungen und der angepassten Aktivteile dargestellt. Bei den Forschungseinrichtungen stand für Validierungs- und Verschleißuntersuchungen ein eigenentwickeltes Werkzeug bereit. Das Streifenlayout umfasste ein Folgeverbundwerkzeug mit drei Stufen (Dreieck durch Quadratstempel, Rundloch und Trennschnitt). Die Aktivteile wurden aus 1.2379 und 1.3343 im gehärteten sowie mit einer Nitrierung und einer Nitrierung plus WC-Schicht getestet. Als Werkstoff für das Demonstratorbauteil kam ein glasfaserverstärktes Polypropylen-Tape zum Einsatz (Celstran® CFR-TP PP GF70; Dicke = 0,25 mm). Betrieben wurde das Werkzeug auf der Servopressenlinie des Fraunhofer IPT (Schuler MSC2000). Die Stößelkurve der Servopresse war dahingehend optimiert, dass eine maximale Schließgeschwindigkeit von 1,3 m/s erreicht wurde. Für den Schnitt wurde ab 10 mm vor UT auf 0,5 m/s abgebremst. Diese Stößelkurve führte zu optimalen Schnittergebnissen, wobei das Werkzeug somit bei max. 124 Hub/min betrieben werden konnte. Jeweils nach Erreichen der 6.000 gestanzten Demonstratorteile erfolgte ein Umbau der Aktivteile auf den nächsten Satz. An den schergeschnittenen Werkstücken ließen sich geringe Unterschiede über die Anzahl der Hübe erkennen. Es war zu erkennen, dass die Schnitte keine Fransenbildung, gesplittertes Schnittgut oder schräg geschnittene Kanten aufweisen. Abschließend ist für die Hochvolumenversuche anzumerken, dass eine Flitter- und Staubbildung im Werkzeug stattfindet.