Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Standmengen- und schmiermitteloptimierte Gesenkoberflächen für die temperierte Aluminiummassivumformung

Die Standmenge von formgebenden Werkzeugkomponenten in der Aluminium-Warmmassivumformung wird, wie auch bei der Stahlumformung, durch das vorliegende Belastungskollektiv und den daraus entstehenden Verschleißmechanismen begrenzt. Im Vergleich zur Stahlumformung sind Verschleißschutzkonzepte zur Reduzierung der adhäsiven Anhaftungen, des abrasiven Verschleißes sowie zur Vermeidung der mechanischen Rissinitiierung bei der Aluminiummassivumformung noch nicht grundlegend erforscht.

Im Fokus des vorliegenden Projektantrags stehen daher zunächst die Ermittlung der auftretenden Verschleißarten und der erweiterte Erkenntnisgewinn zur Verschleißreduzierung bei der Warm- und Kaltumformung von Aluminium durch die Analyse industrieller Prozesse. Aus den Ergebnissen der Verschleißanalytik an industriell eingesetzten Schmiedegesenken sollen im Laufe der Projektzeit verschleißmindernde Konzepte auf Basis von Beschichtungssystemen, Nitrieren und Borieren entwickelt und auf deren Einsatzverhalten in Serienschmiedeversuchen charakterisiert werden. Ein weiterer Schwerpunkt des Forschungsvorhabens ist die Einstellung unterschiedlicher Oberflächentopographien in Kombination mit verschiedenen Kühlschmierstoffen. Um eine optimale Kühlschmierstoffanbindung samt homogenen, geschlossenen Schmierstofffilm zur Adhäsionsminderung zu gewährleisten, sollen angepasste Oberflächengüten eingestellt werden.

Nach Beendigung des Projekts werden Erkenntnisse zu Verschleißarten im Bereich der Kalt- und Warmmassivumformung vorliegen und Verschleißschutzkonzepte auf Basis von Oberflächen- und Randschichtmodifikationen unter industriellen Bedingungen erprobt sein. Mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse können kleine und mittelständische Unternehmen, spezifische Behandlungsverfahren bei Lohnbehandlern anfragen und die Standmenge der formgebenden Werkzeugkomponenten erhöhen. Abschließend führt eine Erhöhung der Werkzeugstandmenge zu einer wirtschaftlicheren Produktion samt erhöhter Wettbewerbsfähigkeit.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Vorhabens erfolgte eine Charakterisierung des Schädigungsverhaltens von Werkzeugen beim Gesenkschmieden von Aluminiumwerkstoffen sowie die Entwicklung geeigneter Randschichtmodifikationen um die Lebensdauer dieser Werkzeuge zu steigern. Des weiteren wurde die Wechselwirkung von Kühlschmierstoffen mit der Oberfläche untersucht.

Als primärer Schädigungsmechanismus der Werkzeugoberflächen wurde die Adhäsion identifiziert. Aus den unterschiedlichen entwickelten Randschichtmodifikationen hat sich für Duplexbehandlungen mit DLC- und CrN-Schicht das höchste Potential zur Steigerung der Werkzeuglebensdauer ergeben. Die Eignung der beiden entwickelten Varianten mit CrN- und DLC-Schicht sind abhängig von dem vorliegenden Belastungskollektiv. Bei erhöhter Rissempfindlichkeit ist die DLC-Schicht zielführender, während bei abrasivem Verschleiß und Adhäsion die CrN-Schicht eine höhere Eignung zur Lebensdauersteigerung aufweist.

Diese Erkenntnisse lassen sich von Unternehmen der Schmiedebranche einsetzen um die Werkzeugstandzeiten für Aluminiumschmiedeprozesse zu steigern und damit eine höhere wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit zu erreichen. Dazu sind weitere Versuchsreihen in den Betrieben zur Bestimmung der Belastungskollektive und zur Ermittlung geeigneter Beschichtungen nötig. Unternehmen der Beschichtungstechnik können durch gezielte Anpassung und Optimierung ihrer Schichtsysteme neue Geschäftsfelder im Bereich des Aluminiumschmiedens erschließen und damit ihren Umsatz steigern. Unternehmen welche Diffusionsbehandlungen anbieten, können ebenfalls durch Anpassung ihrer Behandlungen an die Beschichtungen einen neuen Absatzmarkt erschließen. Werkzeugbauunternehmen können durch Kooperationen mit den Behandlungsbetrieben unter Anpassung ihrer Fertigungsstrategien an die Anforderungen der Beschichtungstechnik hochwertigere Werkzeuge mit gesteigerter Lebensdauer anbieten.