Präzise Herstellung der Werkzeuge sichert fehlerfreien Umformprozess

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Universität Hannover Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen

Anhand der Traglastkurven lassen sich Rückschlüsse auf das Einsatzverhalten der Werkzeuge im Schmiedeprozess ziehen. Durch die Kenngröße S_pk kann der Anteil hervorstehender Spitzen quantifiziert werden. Bei einem hohen S_pk-Wert sind viele Spitzen vorhanden, die vor allem während der ersten Schmiedezyklen das Einsatzverhalten beeinflussen können.

Kernrauheit bestimmt Zustand nach Überwinden des Einlaufverhaltens

Die Spitzen der Topografie des gehärteten Werkzeugmaterials dringen während der Umformung in das vergleichsweise weiche Material des Bauteils ein. Dadurch einsetzende Mikrozerspanungen führen dann zu einer Oberflächenzerstörung des Bauteils und verstärken zudem die Reibung zwischen den Kontaktpartnern.

Nach einer bestimmten Zeit sind die Spitzen eingeebnet und das Einlaufverhalten ist überwunden. Es stellt sich ein vorerst stationärer Zustand ein. Die Dauer dieses Zustandes wird maßgeblich durch die Kernrauheit, welche mit der Kenngröße S_k quantifiziert wird, bestimmt.

Kernrauheit korreliert mit Belastbarkeit der Oberfläche

Eine große Steigung der Abbott-Kurve im Kernbereich führt zu einem hohen S_k-Wert und ein flacher Verlauf der Kurve zu einem niedrigen S_k-Wert. Die Kernrauheit kann mit der Belastbarkeit einer Oberfläche korreliert werden.

Niedrige Werte führen zu einer höheren Belastbarkeit, da mehr Material auf einer Ebene vorhanden ist und dadurch die lokale Flächenpressung einzelner Bereiche im Kontakt mit dem Werkstück reduziert wird. Es kann somit von einer höheren Maßhaltigkeit und damit von einer höheren Standmenge bei Werkzeugen mit einem niedrigen S_k-Wert der Oberfläche ausgegangen werden.

Eignung von Oberflächen zur Speicherung von Schmiermitteln

Unterhalb des Kernbereichs befindet sich der Bereich der reduzierten Riefen (S_vk-Wert). Mit Hilfe des S_vk-Wertes lässt sich zum Beispiel die Eignung einer Oberfläche zur Speicherung von Schmiermittel bewerten. Mit steigenden S_vk-Werten kann mehr Schmiermittel auf der Oberfläche gespeichert werden.

Bei den gedrehten Proben kann aufgrund der niedrigen S_pk- und S_k-Werte von einem sehr kurzen Einlaufverhalten mit niedrigen Reibwerten ausgegangen werden. Es sind mit einem S_pk-Wert von 0,895 µm nahezu keine Spitzen vorhanden. Abrasive Effekte vom Werkzeug auf das Werkstück treten nicht auf.

Erodierte Massivumformwerkzeuge könnten geringere Maßhaltigkeit haben

Mit dem im Vergleich zu den erodierten Proben niedrigen S_vk-Wert kann von vergleichsweise ungünstigen Schmiereigenschaften ausgegangen werden. Inwieweit sich diese Eigenschaft bei Prozessen mit einer kontinuierlichen Schmierung nach jedem Schmiedezyklus negativ auswirkt, wird in Serienschmiedeversuchen untersucht. Bei den erodierten Werkzeugen sind höhere S_pk-, S_k- und S_vk-Anteile zu erkennen, die mit steigender Stromstärke deutlich zunehmen. Es ist somit von einem schlechteren Einlaufverhalten und geringerer Maßhaltigkeit über den gesamten Prozess auszugehen.

Der höhere Wert an tiefen Riefen lässt günstige Schmierungseigenschaften der erodierten Oberflächen vermuten. Die geringe Maßhaltigkeit resultiert aus dem zu vermutenden stärkeren Verschleiß aufgrund höherer lokaler Belastung bei einem hohen S_k-Wert.

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