Entwicklung eines Reibmodells zur Charakterisierung des temperatur-, relativgeschwindigkeit- und kontaktnormalspannungsabhängigen Verhaltens an der Glas-Form-Grenzfläche beim Präzisionsblankpressen (FriPGM)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Projekts war es, das Verständnis des tribologischen Verhaltens an der Glas-Werkzeug-Grenzfläche beim Präzisionsglaspressen (PGM) zu verbessern. Glasumformung ist eine Schlüsseltechnologie zur Herstellung optischer Komponenten in Bereichen wie Unterhaltungselektronik, Fahrzeugsystemen und Halbleitertechnik. Entscheidend ist die Wechselwirkung zwischen Glas- und Werkzeugoberflächen unter extremen Bedingungen hoher Temperaturen und mechanischer Belastung. Bisher fehlte jedoch ein grundlegendes Verständnis von Reibung und Wärmeübertragung unter dynamischen Bedingungen – vor allem mangels geeigneter experimenteller Methoden. Zur Schließung dieser Lücke wurde ein neuartiger experimenteller Aufbau – ein Pin-on-Cylinder (PoC) Tribometer – entwickelt, das die gleichzeitige Messung von Reibung und Kontaktwärmeübertragung unter nicht-isothermen Bedingungen ermöglicht. Im Gegensatz zu herkömmlichen tribologischen Prüfmethoden, die auf konstante Temperaturen beschränkt sind, erlaubt das neue Tribometer eine realistische Simulation dynamischer Glasumformbedingungen, einschließlich schneller Temperaturänderungen, variierender Spannungen und hoher Gleitgeschwindigkeiten – alles wesentliche Faktoren für die Qualität der Optikkomponenten. Die Experimente zeigten, dass das Reibungsverhalten von Glas stark temperaturabhängig ist. Besonders unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) variierten die Reibungskoeffizienten deutlich, während sie sich beim Annähern an Tg stabilisierten. Die gleichzeitige Erfassung von Reibung und Wärmeübertragung reduzierte den experimentellen Aufwand erheblich und erhöhte die Zuverlässigkeit der Messungen. Die Ergebnisse wurden in Simulationsmodelle für den Glasumformprozess integriert. Durch präzisere Reibungs- und Wärmeübertragungskoeffizienten konnte die Vorhersagegenauigkeit für Endform und optische Eigenschaften der Glaskomponenten deutlich verbessert werden. Dieses Projekt liefert nicht nur neue Erkenntnisse zum tribologischen Verhalten bei hohen Temperaturen, sondern hat auch direkte industrielle Relevanz. Die entwickelten Methoden könnten künftig helfen, Werkzeuge zu optimieren, Produktqualität zu steigern, Werkzeugstandzeiten zu verlängern und die Herstellungskosten in der Präzisionsglasoptik zu senken. Zudem ist das Tribometerkonzept auf andere Hochtemperatur-Umformprozesse übertragbar und unterstützt so Fortschritte in der Fertigungstechnologie.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Modeling relaxation nature of nonequilibrium glass in nonisothermal glass molding, Dissertation, RWTH Aachen University
Vu, A.T.
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Precision Glass Molding of Fused Silica, Technical Presentation at International Academy for Production Engineering, CIRP Meetings, PARIS, France
Grunwald, T. & Bergs, T.
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A novel method to investigate tribological behaviors under transient temperatures using Pin-on-Cylinder tribometer and IR-thermography in glass forming, Materials Forming Conference - ESAFORM, Presentation to [8], Toulouse, France.
Vu, A.T., Grunwald, T. & Bergs, T.
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A novel method to investigate tribological behaviors under transient temperatures using Pin-on-Cylinder tribometer and IR-thermography in glass forming. Materials Research Proceedings. Materials Research Forum LLC.
VU, Anh Tuan
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Friction in glass forming: Tribological behaviors of optical glasses and uncoated steel near glass transition temperature. Journal of Non-Crystalline Solids, 642, 123160.
Vu, Anh Tuan; Grunwald, Tim & Bergs, Thomas
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Glass Forming at Extremes: Challenges and Perspectives in Molding Fused Silica Glass, 97. Glass-Technology Conference (DGG), Aachen
Vu, A.T., Karimova, A., Grunwald, T. & Bergs, T.
