Keramik-Stahl-Werkstoffverbundschichten als Verschleißschutz in der Aluminiummassivumformung

Thema	Umformtechnik
Projekttitel	Keramik-Stahl-Werkstoffverbundschichten als Verschleißschutz in der Aluminiummassivumformung (ALDi)
Laufzeit	01.07.2009 – 30.06.2011

In der Warmmassivumformung von Aluminium unterliegen die Gravuroberflächen infolge der hohen Affinität zwischen Aluminium- und Stahlwerkstoffen verstärkt adhäsivem Verschleiß. Insbesondere bei Umformoperationen, bei denen hohe Normalspannungen und Umformtemperaturen auftreten, führt der Verschleiß zu einem vorzeitigen Ausfall des Werkzeugs. Ziel des Projekts ist die Erweiterung der Kenntnisse über die Werkzeug-Versagensmechanismen bei der Warmmassivumformung von Aluminium. Weiterhin soll durch eine systematische Untersuchung von mit Keramikpartikeln dispergierten Umformwerkzeugen ein Beschichtungskonzept erprobt werden, welches die Adhäsionsneigung der Werkstoffpaarung Stahl-Aluminium senkt und die Werkzeugstandzeiten erhöht. Geeignete keramische Werkstoffe werden in ausgewählte Oberflächenbereiche des Werkzeugs durch Laserstrahldispergierverfahren eingebracht. An den erzeugten Metall-Keramik-Verbundschichten werden Grundlagenuntersuchungen zur Charakterisierung der Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Benetzung durch Aluminium und des adhäsiven Verschleißes im Versuch, durchgeführt. Die Ergebnisse der geplanten Untersuchungen ermöglichen eine Erhöhung der Werkzeugstandzeiten von Aluminiumumformwerkzeugen.

Veröffentlichungen zum Projekt

Umformtechnik, Werkzeug- und Formenbau Lücke, M.: Werkzeugverschleiß in der Aluminiummassivumformung. In: Behrens, B.-A.; Nyhuis, P.; Overmeyer, L. (Hrsg.): Berichte aus dem IPH, Band 4/2018, TEWISS – Technik und Wissen GmbH, Garbsen 2018. ISBN: 978-3-95900-239-4.

Beim Schmieden von Aluminium ist die Hauptausfallursache der Werkzeuge der adhäsionsbedingte Verschleiß. Durch die hohe Affinität zum Anhaften von Aluminiumlegierungen an den Stahlwerkstoffen der Schmiedegesenke entstehen sogenannte «Aufkleber», welche das Schmiedeergebnis negativ beeinflussen. Demzufolge müssen die Gravuren der Werkzeuge regelmäßig überholt werden. Das Intervall der Überholung hängt maßgeblich von Werkstückgeometrie und -temperatur sowie von Werkzeugtemperatur, -werkstoff und -oberfläche ab.

In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell entwickelt, das den adhäsiven Verschleiß prognostiziert und somit die Standmenge bzw. den Zeitpunkt des potentiellen Werkzeugausfalls bestimmt. Dieses Modell basiert auf der Korrelation von simulativ und experimentell ermittelten Daten. Nach Auswertung der Sensitivität der variierten Parameter werden Einflussgrößen, wie Umform- oder Werkzeugtemperatur, in einem Data-Mining-Modell zusammengefasst. Mithilfe verschiedener Algorithmen kann somit nach der Simulation eines beliebigen Aluminiumumformprozesses die sich einstellende Oberflächengüte und demzufolge die Standmenge der Werkzeuge vorhergesagt werden.

Schmieden, Adhäsion, Aluminium, Verschleiß

www.tewiss-verlag.de

Umformtechnik Behrens, B.-A.; Müller, K.; Lücke, M.: Keramik-Stahl-Werkstoffverbundschichten als Adhäsionsschutz in der Aluminiumumformung. In: wt Werkstattstechnik online, Springer VDI-Verlag, 100. Jg. (2010), H. 3, S. 207-210.

In einem aktuellen Forschungsvorhaben wird derzeit am Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH und dem Laser Zentrum Hannover e. V. das Verschleißverhalten beim Aluminiumschmieden untersucht. Im Fokus der Untersuchungen steht Minimierung, Quantifikation und Prognostizierung der Adhäsion. Des Weiteren wird analysiert, inwiefern mit Aluminiumnitrid laserdispergierte Werkzeuge die Adhäsion mindern können.

Aluminiumschmieden, Verschleiß, Verschleißschutzschichten

Werkzeug- und Formenbau, Umformtechnik Lücke, M.; Krause, A.; Nickel, R.: Für Schmiedewerkzeuge wird der Verschleißschutz immer wichtiger. In: MM MaschinenMarkt, Vogel-Buchverlag, o. Jg. (2010), H. 12, S. 42-44.

Maßhaltigkeit und Oberflächengüte fordern die Verschleißschutzschicht als Konstruktionselement für Schmiedewerkzeuge. Das setzt die Charakterisierung weiterer Schutzschichten über das thermochemische Randschichthärten voraus. Ansätze bieten laserdispergierte Hartstoffschichten bei Schmiedewerkzeugen für Aluminiumteile sowie DLC-Schichten in der Halbwarmumformung.