Entwicklung eines Reibmodells zur Beschreibung der tribologischen Verhältnisse in der Kaltmassivumformung bei strukturierten Halbzeugoberflächen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In der zweiten Projektphase erfolgte die Absicherung und Vertiefung der gewonnenen Erkenntnisse aus der ersten Projektphase. Es wurden Methoden entwickelt, mit denen die reibungssenkenden Maßnahmen der Oberflächenstrukturen prinzipiell in die industrielle Praxis übertragen werden können. Dazu gehören: Die Beschreibung der Oberflächenwandlung durch geeignete Simulationen. Hierfür bestehen Subroutinen und Postprozessoren, die erstmals Oberflächeneigenschaften einer systematischen Bewertung zugänglich machen. Die entsprechenden Algorithmen können in marktübliche Simulationstools inkludiert werden. Berechnungsalgorithmen und Beispiele sind veröffentlicht. Ein Folgeprojekt mit Industriebeteiligung wurde durch Impulse dieses Projektes initiiert. Im Fokus steht bei diesem Projekt die Beschreibung der tribologischen Systeme durch FE im Bereich der industriellen Anwendung. Ein Transferprojekt zur Verwertung der praxisrelevanten Ergebnisse wird initiiert. Mit dem Ziel eine industrielle Umsetzung der gezielten tribologischen Einstellung von Oberflächenstrukturen zu erreichen wurde ein Werkzeugsystem zum Rundkneten entwickelt, dass es erlaubt deterministische Oberflächenstrukturen in einem durchlaufenden Prozess auf Stangenmaterial zur Verwendung in der Umformtechnik aufzuprägen. Reststrukturen konnten durch den Einsatz des Rundknetverfahrens minimiert werden. Ein Reibmodell in Abhängigkeit von Oberflächenstrukturen und deren Wandlung ist aufgebaut und erlaubt die Berechnung von Reibkoeffizienten µ in Abhängigkeit der Kontaktnormalspannung und der lokal berechneten Rauheit. Der Versuchsprüfstand wurde für die Untersuchung der Tribologie an Mantelflächen von Umformproben umgebaut und erprobt. Weitere Untersuchungsschwerpunkte konnten durch die Erkenntnisse aus diesem Projekt identifiziert werden, so dass zum Ende des Projektes eine weitere grundlegende Überarbeitung der Versuchsanlage initiiert wurde. Die entsprechenden Untersuchungen schließen sich mit Industriebeteiligung im AiF-Projekt "Triboselector" an. Eine Beschreibung der Reibung alleine auf Basis von Topografieänderung scheint nicht ausreichend. Beanspruchungen der Schmierstoffe sind in Abhängigkeit der Lasten zu betrachten. Weiterhin kann die Fluid-Struktur–Interaktion auf den strukturierten Oberflächen zu weiterführenden Ergebnissen leiten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Erste Erfahrungen bei dem Einsatz einer Servomotorpresse in der Kaltmassivumformung. In: 24. Jahrestreffen der Kaltmassivumformer. Düsseldorf: VDI, 02/2009
Stahlmann, J.; Damavandi, K.; Groche, P.
- Hydrodynamic Effects of Macroscopic Deterministic Surface Structures in Cold Forging processes. In: Tribology International 42 (2009), pp. 1173-1179
Groche, P.; Stahlmann, J.; Hartel, J.; Köhler, M.
- Gezielte Nutzung strukturierter Halbzeugoberflächen. In: 25. Jahrestreffen der Kaltmassivumformer. Düsseldorf: VDI, 02/2010
Groche, P.; Stahlmann, J.
- Kaltstauchdraht und Kaltmassivumformung - Fakten und Trends bei der Oberflächenbehandlung. In: 26. Jahrestreffen der Kaltmassivumformer. Düsseldorf: VDI, 03/2011
Nittel, K.-D.; Stahlmann, J.; Groche, P.
- Surface Treatments – Facts, Trends and Outlook for the Cold Forging Industry. In: Proceedings of 43rd ICFG Plenary Meeting 2011, Darmstadt
Nittel, K.D.; Bucci, E.; Hellwig, R.; Schoppe, J.; Ostrowski, J.; Zwez, P.; Zwez, R.; Stahlmann, J.; Groche, P.
