Entwicklung eines Modells zur automatisierten Ermittlung der idealen Schmiermittelschichtdicke bei der Warmmassivumformung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524639810

In der industriellen Anwendung lassen sich durch die Minimalmengenschmierung viele Vorteile gegenüber der konventionellen Schmierung erreichen. So trägt die MMS durch die geringeren Emissionen von Dämpfen und Verunreinigungen zum Umweltschutz sowie dem Gesundheitsschutz der Mitarbeiter bei. Aufgrund des deutlich verringerten Schmiermitteleinsatzes lassen sich auch die Entsorgungskosten für überschüssige Schmierstoffe und die Werkzeugreinigungskosten. Eine besondere Problematik der Minimalmengenschmierung im Bereich der Warmmassivumformung ergibt sich durch lokal unterschiedliche Werkzeugbelastungen. Diese treten auf, da die einzelnen Werkzeugbereiche unterschiedlich hohem Verschleiß sowie verschiedenen Reibungsbelastungen ausgesetzt sind. Dies ist durch die jeweilige Bauteilgeometrie bedingt. Daher muss eine adaptive Schmierung für diese Werkzeugbereiche erfolgen. Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Modells zur automatisierten Ermittlung der idealen Schmiermittelschichtdicke für Anwendungen der Warmmassivumformung in Abhängigkeit der Bauteilgeometrie und der lokal unterschiedlichen Werkzeugbelastungen. Das Ziel ist in vier Teilziele unterteilt. In Teilziel 1 sollen ideale Grundschmiermittelschichtdicken für Warmmassivumformprozesse auf Basis von etablierten Ringstauchversuchen ermittelt werden. Für einen gleichmäßigen und reproduzierbaren Auftrag des Schmiermittels muss ein Sprühsystem entwickelt und konstruiert werden. Die Grundschmiermittelschichtdicke bezeichnet die Dicke der Schmiermittelschicht, welche bei einer idealen Umformung zu minimalen Reibwerten führt. Das zweite Teilziel besteht in Untersuchungen zu den Ursachen von Schmierfilmabrissen im Gesenk, den Auswirkungen des Abrisses auf die Gesenkoberfläche sowie der Entwicklung einer Funktion zur Vorhersage eines Schmierfilmabrisses, als wesentliches Versagens- bzw. Vermeidungskriterium der MMS. Hierfür soll ein Versuchswerkzeug konstruiert und experimentelle Versuche durchgeführt werden. Teilziel 3 beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Algorithmus zur automatisierten Ermittlung der adaptierten Schmiermittelschichtdicke. Dafür werden die Ergebnisse der Teilziele 1 und 2 zusammengeführt und auf einen realen Umformprozess angewendet, um einen ideal geschmierten Prozess zu erhalten. Auf Basis dieser Ergebnisse wird der Algorithmus als Modell zur Berechnung der idealen Schmiermittelschichtdicke entwickelt. Teilziel 4 besteht in der Kalibrierung und Verifikation des entwickelten Algorithmus durch experimentelle Versuche. Die wissenschaftliche Fragestellung des Vorhabens wird in zwei Bereiche unterteilt. Zunächst wird untersucht, welche Wirkzusammenhänge zwischen dem Auftreten eines Schmierfilmabrisses im Gesenk bei der Warmmassivumformung und den Prozessparametern beim Gesenkschmieden bestehen. Anschließend wird untersucht, wie eine ideale adaptierte Schmierung für den Einsatz beim Gesenkschmieden in der Warmmassivumformung berechnet werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Malte Stonis