Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Angepasste Randschichtmodifikation zur Reduzierung des thermoschockbedingten Verschleißes bei Schmiedegesenken

Forschungsziele

Ziel des Projektes ist es, die grundsätzlichen Vorgänge in der Werkzeugrandschicht eines Gesenkes unter thermomechanischer Wechselbeanspruchung zu charakterisieren und auf dieser Basis belastungsgerechte Behandlungen zu entwickeln, um die Standzeit der Werkzeuge zu erhöhen. Hierfür wird eine Modellumgebung zur thermomechanischen Belastung von proben entwickelt. Parallel werden thermoschockresistente Behandlungen auf Basis angepasster Randschichteigenschaften (Härtetiefenprofile, Eigenspannungsprofile) entwickelt und im Ausgangszustand charakterisiert. Durch Applizierung dieser Behandlungen auf Proben und den Einsatz in der Modellumgebung kann das Einsatzverhalten unter thermomechanischer Belastung analysiert und bewertet werden. Um die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf einen industriellen Schmiedeprozess gewährleisten zu können, werden abschließend Serienschmiedeversuche durchgeführt, um die Ergebnisse zu validieren.

Lösungsweg

1. Auslegung einer thermomechanischen Modellumgebung

2. Entwicklung thermoschockresistenter Randschichtmodifikationen

3. Thermomechanische Belastungstests

4. Validierungsversuche im Serienschmiedeprozess

5. Analyse thermomechanischer Schädigungsmechanismen

6. Ableitung thermoschockbeständiger Werkzeugbehandlungsvorgaben

7. Dokumentation und Transfer

Angestrebte Ergebnisse

Hauptziel ist es, den thermoschockbedingten Verschleiß an Schmiedegesenken durch geeignete Werkzeugbehandlungen zu reduzieren. Die dadurch erreichbare Standmengenerhöhung ermöglicht eine wirtschaftlichere Produktion.

Nutzen für KMU

Von einer Erhöhung der Standzeit profitieren vor allem KMU der Schmiedebranche, die auf eine hohe Wirtschaftlichkeit ihrer Prozesse angewiesen sind. Zum einen werden bei einer höheren Lebensdauer weniger Werkzeuge zur Herstellung einer festgelegten Losgröße benötigt, zum anderen werden die Rüstkosten des Prozesses reduziert. Abgeleitete Behandlungsempfehlungen gewährleisten die Übertragbarkeit in die industrielle Praxis.

Ergebniszusammenfassung:

Aus den Projektergebnissen konnten praxistaugliche Behandlungsempfehlungen für die industrielle Anwendung abgeleitet werden, so wurden die Behandlungsvarianten, die während der Versuche das größte Potential zeigten, in Industrieversuchen bei 2 Unternehmen des PA eingesetzt und mit den bisher eingesetzten Referenzwerkzeugen der Serienschmiedeversuche abgeglichen. Dazu wurden eine vollständige Verschleißanalyse und Charakterisierung der Werkzeuge durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass eine Langzeit-Plasmanitrierung eine effektive Behandlung gegen Verschleiß in einer hochbelasteten Vorform darstellt. Eine Kombinationsbehandlung aus 8-stündiger Plasmanitrocarburierung mit anschließender 8-stündiger Plasmanitrierung sowie eine 16-stündige Plasmanitrocarburierung haben positive Effekte im Einsatz in einer Fertigform gezeigt. Diese Erkenntnisse beschränken sich allerdings auf den Gültigkeitsbereich unter ähnlichen Belastungsbedingungen. Im höher belasteten Vorformschmiedeprozess des 2. PA-Unternehmens konnte ein bislang wenig erforschtes Schädigungsverhalten identifiziert werden, bei dem die angewendeten Randschichtbehandlungsverfahren nur marginale Wirkung haben. Die verschleißfesten Randschichten werden bei zu hoher thermischer Entfestigung ohne abrasiven Abtrag segmentweise durch plastische Deformation abgetragen. Gerade durch die hohe Entfestigungstiefe im Bereich der Gratbahn kann kein anhaltender Verschleißschutz erreicht werden. Für Bedingungen mit höherer Belastung müssen auf Basis dieses Vorhabens alternative Ansätze gefunden werden, um die Standmengen noch effektiver zu steigern. Im Rahmen dieses Vorhabens konnten die Potentiale unterschiedlicher entwickelter Randschichtmodifikationen aufgezeigt werden. Das Kernziel des Forschungsvorhabens, nämlich die Entwicklung von Randschichtmodifikationen zur Steigerung der Standmengen von Gesenkschmiedewerkzeugen durch Verbesserung des Widerstandes gegen thermomechanische Rissbildung, konnte somit erreicht werden.