Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Effektiver Modellversuch zur Abschätzung der Werkzeugstandzeit

Die Arbeitshypothese des Projekts "effektiver Modellversuch" besagt, dass die Standzeit von Umformwerkzeugen und deren Streuung bei der Verarbeitung moderner Blechmaterialien auf Basis ausgewählter Kurzzeitverschleißversuche und der Adaption von Schätzverfahren aus der Betriebsfestigkeit zuverlässig vorhergesagt werden kann. Hierfür wird zusätzlich eine Datenbank mit Verschleißfestigkeitskennlinien typischer tribologischer Systeme benötigt. Mit deren Hilfe kann die Abschätzung der Werkzeugstandzeiten bei neuen Blech- oder Werkzeugwerkstoffen sowie neuen Schmierstoffen oder Werkzeugbeschichtungen durch einen Modellversuch erheblich effizienter als heute realisiert werden. In diesem Projekt wird die Vorgehensweise zur Abschätzung der Verschleißfestigkeitskennlinien unter allen signifikanten Lastniveaus untersucht. Die abgeschätzten Verschleißfestigkeitskennlinien sollen nicht nur Erwartungswerte der Verschleißfestigkeit, sondern auch deren Streuungen mathematisch berechnen.

Zur Realisierung des Ziels werden industrielle Beispielprozesse herangezogen. Die Werkzeuge für den Streifenziehversuch werden anhand der real auftretenden Verteilung der Kontaktnormalspannung ausgelegt. Die Standzeiten im Streifenziehversuch und im realen Prozess dienen als die Datenbasis zur mathematischen Abschätzung. Darüber hinaus soll die Übertragbarkeit der abgeschätzten Verschleißfestigkeitskennlinien bei Variierung des tribologischen Systems (Blechwerkstoff mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften, Schmierstoffmenge und Beschichtungen, etc.) überprüft werden. Nach der Entwicklung der Methodik und Überprüfung ihrer Übertragbarkeit ist es möglich, anhand der entwickelten Methode zahlreiche Verschleißfestigkeitskennlinien von typischen tribologischen Systemen abzuleiten. Anhand dieser Datenbank können die Standzeiten von Umformwerkzeugen durch eine beschränkte Anzahl an Modellversuchen in der industriellen Anwendung abgeschätzt werden, wovon insbesondere KMU profitieren.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projekts Vorgehensweise zur Standzeitabschätzung von Umformwerkzeugen mittels Verschleißfestigkeitsanalyse. Zum besseren Verständnis für den Anwender werden ein Abstreck- und ein Verzahnungsprozess als Beispiel angeführt. Die Modelle zur Ableitung der Verschleißfestigkeitskennlinien (VFK) sind dargestellt. Für Werkzeug mit und ohne Beschichtung werden unterschiedliche Schätzmodelle angewendet.

Neben der Verschleißfestigkeitsanalyse wird im Rahmen dieses Abschlussberichts auch eine Methode der frühzeitigen inline Verschleißdetektion durch thermoelektrische Messung präsentiert. Vor der Bearbeitung dieses Projekts wurde diese Methode nur für Werkzeuge ohne Beschichtung angewendet. In diesem Projekt wird die thermoelektrische Messung als Methode zur Verschleißdetektion für Werkzeuge mit Beschichtung verwendet und validiert. Dies bestätigt die Anwendbarkeit der Methode zur industriellen Anwendung.

Die beschriebenen Methoden zur Verschleißdetektion und Standzeitvorhersage sind insbesondere für die Blechverarbeitung vorteilhaft. Die Abschätzung der Verschleißfestigkeit oder Werkzeugstandzeit hilft bei der optimierten Planung des Wartungsintervalls in der Produktion und der Reduktion von Ausschuss. Neben Anwendern der Blechumformungstechnologie sind die vorgestellten Methoden auch von Schmierstoffherstellern und Beschichtern nutzbar. Die beschriebene Methode ermöglicht es auch mit kleinem Versuchsumfang den Verschleißschutz von Schmierstoffen und Beschichtungen zu charakterisieren.