Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Standmengenerhöhung von Schneidaktivelementen beim Scherschneiden federharter Bänder durch die quantitative Charakterisierung und Bewertung fertigungstechnischer Einflussgrößen

Zum Erreichen hoher Standmengen beim Beschnitt ultrahochfester federharter Bänder (Rm = 1500-2200 MPa) ist die Schneidstempelherstellung von großer Bedeutung. Oberflächennahe Eigenschaften werden durch verschieden kombinierte Herstellungsverfahren maßgeblich beeinflusst (Fertigungshistorie). Zu den für Verschleiß und Standmenge relevanten Stempeleigenschaften gehören Festigkeit, Härte, E-Modul, Eigenspannungen, Gefügeinhomogenitäten und Oberflächenbeschaffenheit (Rauheit, Mikrorisse). Im Rahmen des Projektes sollen die Zusammenhänge zwischen Fertigungshistorie, Schneidstempeleigenschaften und den erreichbaren Standmengen (Anzahl an Gutteilen, die mit einem Aktivteil ohne Nacharbeit oder Austausch desselben gefertigt werden kann) hochbelasteter Schneidstempel ermittelt werden, worüber bislang keine hinreichenden Kenntnisse vorliegen. Es sollen mit verschiedenen, industriell erprobten Fertigungsverfahren hergestellte Schneidstempel untersucht werden. Diese werden ausführlich charakterisiert (u. a. Analyse von Geometrie, Oberflächenbeschaffenheit, Gefüge, Eigenspannungen, Härte und E-Modul). Anhand von Dauerschneidversuchen unter reproduzierbaren Versuchsbedingungen wird detektiert, welche Fertigungsverfahren die Stempeleigenschaften positiv oder negativ beeinflussen. Hieraus lässt sich eine Richtlinie zur Schneidstempelfertigung für ultrahochfeste federharte Bänder ableiten. Weiterhin kann eine gezielte Prüfstrategie zur zerstörungsfreien Prüfung ermittelt werden. Dieses Forschungsvorhaben ist für alle Akteure – insbesondere in der von KMU geprägten Federnindustrie – von Bedeutung, die auf den Gebieten der Charakterisierung, Entwicklung, Herstellung und wirtschaftlichen Verarbeitung von ultrahochfesten Bandwerkstoffen und Halbzeugen tätig sind. Ziel ist es, die Potenziale, die ein Werkzeugwerkstoff bietet, vollständig auszunutzen, um so die technologischen Grenzen positiv zu verschieben und den mechanischen Beschnitt ultrahochfester Bänder signifikant zu verbessern.

Ergebniszusammenfassung:

Die Ergebnisse zeigen generell, dass unabhängig des Stempelwerkstoffes, der geringste Verschleiß an dem jeweiligen Stempelsystem nach einer Mantelflächenbearbeitung durch Mikrostrahlen und Oberflächenverdichtung erreicht werden konnte. Zusätzlich zeigt das Polieren der Schneidkanten einen zusätzlichen sehr positiven Einfluss auf die Lebensdauer der verschiedenen Stempel, da das Risiko von Kantenausbrüchen somit minimiert werden konnte. Diese Bewertung erfolgte anhand der durchgeführten 100.000 Hub pro Stempel.

Als zusammenfassende Bewertung der unterschiedlichen Untersuchungsverfahren, wird empfohlen, den Verschleiß mittels Lichtmikroskopie an den Stempeln und vor allem den Stanzgittern (Glattschnittanteil) zu dokumentieren. Die Stanzgitterauswertung bietet hierbei den Vorteil, dass während des Versuches die notwendigen Parameter bestimmt werden können. Des Weiteren können punktuell unterstützende Messungen am REM (EDX) zur Klärung des jeweiligen Verschleißmechanismus beitragen. Großes Potential wird auch in der Messung mittels 3D-MicroCAD gesehen, da die Änderung des Schneidkantenradius sehr aussagekräftig ist und zusätzlich die Messzeiten sehr kurz sind. Unterstützt werden kann die Vorhersage des Verschleißes mittels der Prozessüberwachung der Schnittkräfte.

Anwendungsmöglichkeiten:

- Erhöhung der Standmenge

- erhöhte Wirtschaftlichkeit des Verfahrens

- erweitertes Verständnis für die Wirkmechanismen

- Kosten- und Energiereduktion in der Bewertung des Verschleißes

- Optimiertes Qualitätsmanagement

- Verständnis für verschiedene Verfahren für die Bewertung von Verschleiß und Verschleißmechanismen