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SPP 1676:  Dry Metal Forming - Sustainable Production through Dry Processing in Metal Forming

Subject Area Mechanical and Industrial Engineering
Term from 2013 to 2020
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 220217456
 
Final Report Year 2020

Final Report Abstract

Die Produktionstechnik steht in der Pflicht, die nachhaltige Nutzung von Rohstoffen und Ressourcen in allen Bereichen der Herstellung umzusetzen. Deshalb ist das übergeordnete Ziel des Schwerpunktprogramms 1676 die Etablierung einer nachhaltigen Umformtechnik und es gilt, Wege aufzuzeigen zur Realisierung einer „schmierstofffreien Fabrik“ mit einer Verringerung von Abfallprodukten, dem Verzicht auf umweltgefährdende Stoffe sowie dem effizienten Einsatz von Ressourcen. Der zentrale Beitrag des Schwerpunktprogramms besteht in der Schaffung von neuen schmierstofffreien Umformverfahren sowie der Adaption relevanter Technologien mit dem Ziel, der schmierstofffreien Fabrik näherzukommen. Beim schmierstofffreien Umformprozess kommt es zu einer intensiven Wechselwirkung zwischen Werkstück- und Werkzeugoberflächen. Diese Wechselwirkungsprozesse, die zum Werkzeugversagen oder der Verkleinerung der Prozessfenster führen, müssen verstanden werden und eine Reduktion der Beanspruchung durch prozesstechnische Maßnahmen oder eine Erhöhung der Beanspruchbarkeit der Werkzeuge beispielsweise durch Oberflächenmodifikation herbeigeführt werden. Das Schwerpunktprogramm widmet sich deshalb der Schaffung neuartiger Werkzeuge, Umformprozesse und Methoden, um den tribologischen Herausforderungen gerecht zu werden. Beleuchtet wurden dabei die zwei großen Themen Blechumformung und Massivumformung. Inhaltlich wurden ganz unterschiedliche Ansätze verfolgt: Makro- und Mikrostrukturierung der Werkzeuge, erstmals aber auch eine Mikrostrukturierung der Werkstücke selbst. Dünne Schichten und funktionale Beschichtungen wurden als Verschleißschutz und Schmierstoffersatz beforscht, flüchtige Schmiermedien eingesetzt und thermoelektrische Ströme genutzt. Mit diesen Ansätzen konnte der Verkleinerung der Prozessfenster erfolgreich entgegengewirkt werden. In einigen Fällen wurden diese sogar deutlich erweitert, was keineswegs erwartbar war. Einen eher überraschenden Weg zur Trockenumformung eröffnete beispielsweise die Strukturierung der Werkzeug- und Werkstückoberflächen. Damit konnte in mehreren Projekten gezeigt werden, dass eine intermittierende Berührung von Werkzeug und Werkstück oftmals zu besseren tribologischem Verhalten im Vergleich zu glatten Oberflächen führt. Die im Bereich der Massivumformung erreichten Ergebnisse waren aufgrund der im Vergleich zur Blechumformung höheren Belastungen bei der Massivumformung ebenfalls nicht erwartbar. Die Ergebnisse des Schwerpunktprogramms 1676 belegen eindrucksvoll, dass eine Trockenbearbeitung in der Umformtechnik vielfach möglich ist. Dazu müssen jedoch abhängig von der lokalen Beanspruchung und der Werkstoffpaarung unterschiedliche Maßnahmen ergriffen werden. Für beispielhafte Prozesse und Werkstoffpaarungen liegen diese grundlegenden Erkenntnisse jetzt vor. Es ergeben sich Anwendungsperspektiven in verschiedenen Bereichen, so dass die Umformtechnik der Vision einer schmierstofffreien Fabrik näherkommt.

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