Tribologische Potenziale PVD-beschichteter Mikrotexturen – TriPot

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernhard Karpuschewski; Dr.-Ing. Andreas Mehner
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500273939

In den vergangenen Jahren wurden deutliche Fortschritte bei der Funktionalisierung der Oberflächen von Umformwerkzeugen für das schmierstofffreie Umformen erzielt. Sowohl im abgeschlossenen SFB 747 „Mikrokaltumformen“ als auch im kürzlich abgeschlossenen SPP 1676 „Nachhaltige Produktion durch Trockenbearbeitung in der Umformtechnik“ haben sich die Arbeitsgruppen der Antragsteller intensiv mit dem Thema Trockenumformung mit Hilfe mikrotexturierter und PVD-hartstoffbeschichteter Umformwerkzeuge auseinandergesetzt. Im SFB 747 lag der Fokus auf dem Kaltumformen von Mikrobauteilen (Durchmesser ≤ 1 mm), während im SPP 1676 der Fokus auf der Werkzeugentwicklung für die schmierstofffreie Massivumformung von Makrobauteilen lag. Für beide Anwendungsfälle konnten Reibung und Verschleiß durch Mikrotexturierung und nachfolgende PVD-Hartstoffbeschichtung der Werkzeugoberflächen signifikant reduziert und die Qualität der umgeformten Werkstücke hinsichtlich Oberflächenrauheit und Formgenauigkeit deutlich gesteigert werden. Im SFB 747 und im SPP 1676 standen jeweils technologische Lösungen für die Realisierung von Trockenumformungsprozessen im Zentrum der Forschung. Eine tiefergehende Beschreibung bzw. Modellierung der komplexen Wechselwirkungen durch die Mikrotextur, die Randzoneneigenschaften und der PVD-Beschichtung auf die resultierende Tribologie war aufgrund der technologischen Ausrichtung dieser Projekte nicht möglich. Einige grundlegende Fragen blieben somit offen, z. B.: Welchen Einfluss haben die Fräsparameter auf die resultierende Mikrotopografie und die sich ergebenden mechanischen Eigenschaften der bearbeiteten Randzone und wie wirken sich diese Eigenschaften auf die Tribologie aus? Welchen Einfluss haben die verschiedenen Oberflächenkenngrößen der Mikrotextur auf die resultierende trockene Gleitreibung und das Einlaufverhalten? Welchen Einfluss hat hierbei die Werkstoffpaarung aus beschichteter Werkzeugoberfläche und dem Werkstückwerkstoff? Bis zu welcher Kontaktnormalspannung kann Coulomb-Reibung angenommen werden, bei der unabhängig von der makroskopischen Kontaktfläche die Reibkraft proportional mit der Normalkraft ansteigt? Wie werden die vier grundlegenden Reibungsmechanismen Adhäsion, elastische Hysterese, plastische Deformation und Abrasion durch die Eigenschaften der Mikrotextur und der Beschichtung beeinflusst? Ist es möglich, die tribologischen Eigenschaften hypothetischer Mikrotexturen mit Hilfe künstlicher neuronaler Netzwerke vorherzusagen? Wie können die Mikrotextur und die PVD-Beschichtung beanspruchungsgerecht ausgelegt werden? Diese Fragen sind Gegenstand der geplanten Forschungsarbeiten im hier vorgelegten Forschungsantrag.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen