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Projekt
Schmiermittelfreie Tribologiekonzepte für das Kaltfließpressen durch interaktionsminimierte Oberflächenschichten und -strukturren
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt; Professor Dr. Constantin Leon Häfner, seit 2/2020; Professor Jochen M. Schneider, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung von 2013 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244932637
Kaltmassivumformprozesse werden zur Reduktion von Reibung und Verschleiß zumeist unter Einsatz von verschiedenen Schmierstoffen durchgeführt. Im Rahmen der ersten beiden Förderphasen konnte das Projektkonsortium grundlegende Erkenntnisse hinsichtlich der Interaktion von Aluminiumwerkstoffen mit Werkzeugstählen in Fließpressprozessen erarbeiten und erste Fortschritte zur Realisierung trockener Fleißpressprozesse erzielen. Zum einen wurden Anlagen zur Realisierung unterschiedlicher Oberflächenmodifikationen an verschiedenen Werkzeugen und Prüfstände zur prozessnahen tribologischen Charakterisierung der Oberflächen entwickelt. Zum anderen konnte durch die Kombination von Laserumschmelzstrukturierung und einer anschließenden Oberflächenfunktionalisierung mit selbstanordnenden Monolagen (SAM) eine signifikante Reduzierung von Anhaftungsvolumina und Reibkräften unter trockenen Bedingungen nachgewiesen werden.Im Rahmen der dritten Förderphase wird deshalb die Wirksamkeit des entwickelten Randschichtkonzepts aus Laserumschmelzstrukturierung und Funktionalisierung weiter verbessert und eine Anwendbarkeit im Realprozess durch Anpassung der Werkzeugbelastung an die Lastgrenzen des Randschichtkonzepts ermöglicht. Im Detail werden folgende Ansätze verfolgt:Eine Randschichtmodifikation mittels Laserstrahlung umfasst die gezielte Einstellung der Oberflächenrauheit und die Beeinflussung der chemischen Zusammensetzung der Randschicht durch die Steuerung der Prozessgaszusammensetzung. Dies erlaubt die systematische Untersuchung des Einflusses der Randschichtmodifikation auf den Verschleiß sowie auf die erreichbare Oberflächenbelegung mit SAM.Das Funktionalisierungskonzept sieht zusätzlich zur SAM-Abscheidung eine Adhäsionsschicht zur Verbesserung der Oberflächenbelegung und eine Nachbehandlung der Funktionalisierung zur Vernetzung der SAM vor, um die mechanische Stabilität der methyl-terminierten SAM auf Umformwerkzeugen im Kontakt mit Aluminium zu steigern. Somit wird der direkte Kontakt von Aluminium und oxidischer Werkzeugoberfläche vermieden, der die Aluminiumadhäsion beim schmierstofffreien Umformen bedingt.Die Bewertung der Oberflächenmodifikationen erfolgt weiterhin mittels Prüfstandversuchen im entwickelten Druck-Torsions-Tribometer sowie mit einem Fließpressprüfstand. Zusätzlich wird untersucht, ob hohe Gesamtumformgrade durch eine Stadienfolge bei gleichzeitiger Reduktion der Belastung der zuvor modifizierten Funktionsflächen realisiert werden können.Das Gesamtprojekt wird durch die Überführung der erarbeiteten grundlegenden Erkenntnisse auf Realversuche und dazugehörige Bearbeitungsstrategien für Fließpressmatrizen somit produktions- und fertigungsorientiert abgeschlossen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortliche
Dr.-Ing. Edgar Willenborg; Dr. Konrad Wissenbach
Ehemaliger Antragsteller
Professor Dr. Reinhart Poprawe, bis 2/2020
