Das Zinkphosphatieren von Halbzeugen für die Kaltmassivumformung findet heute noch eine breite industrielle Anwendung mit dem Ziel, die Reibung und den Werkzeugverschleiß im Umformprozess zu reduzieren. Allerdings benötigen sowohl die Applikation der Zinkphosphatschicht in einem dem Umformprozess vorgelagerten Prozessschritt als auch das Reinigen der umgeformten Bauteile einen hohen Energie- und Ressourceneinsatz. Dies reduziert die generell hohe Effizienz von Prozessketten aus dem Bereich der Kaltmassivumformung. Das Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit ist daher die Entwicklung eines alternativen tribologischen Systems zur Substitution der Zinkphosphatierung. Der Verzicht auf die Zinkphosphatschicht bedeutet dabei einen tiefen Eingriff in das tribologische System der Kaltmassivumformung, wobei die technologischen Funktionen des Verschleißschutzes und der Reibungsreduktion neu verteilt werden müssen.
Die Reduktion der Reibung wird in dem hier vorgestellten tribologischen System durch eine Mikrostrukturierung der Halbzeugoberfläche erreicht, die durch mechanische Strahlverfahren erzeugt wird. Mikroskopische Halbzeugtopografien können in Interaktion mit einem flüssigen Schmierstoff während der plastischen Deformation im Umformprozess hydrostatische Druckpolster zwischen Werkzeug und Werkstück ausbilden und somit die Prozessreibung wesentlich reduzieren. Mit Hilfe von dreidimensionalen numerischen Modellen auf Basis der Finiten Elemente Methode (FEM) wird die Wirkungsweise der mikroskopischen Halbzeugtopografien in Abhängigkeit von ihrer geometrischen Gestalt beschrieben und der Einfluss auf die Prozessreibung erklärt.
Dem Verschleißangriff auf die Umformwerkzeuge wird mit einer innovativen keramisch basierten PVD-Werkzeugbeschichtung begegnet, die wiederum besondere Anforderungen an den Schmierstoff stellt. Konventionelle, mineralölbasierte Fließpressöle, die auf eine Kontaktpaarung Stahl-Stahl optimiert sind, sind hier in ihrer Leistungsfähigkeit nicht mehr sinnvoll einsetzbar. Als Alternative werden daher Esterschmierstoffe erforscht und entwickelt, die sowohl mit der chemisch aktiven Stahloberfläche des Halbzeugs als auch mit der relativ inerten Oberfläche der PVD-Werkzeugbeschichtung interagieren können, um die Reibung und den Verschleiß im Prozess auf ein möglichst geringes Niveau zu senken.
Durch eine Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse auf den industriellen Einsatzfall wird gezeigt, dass auch unter Produktionsbedingungen ein Verzicht auf die Zinkphosphatierung in der Kaltmassivumformung möglich ist.
| Autor | Mattfeld, Patrick-Marcel |
|---|---|
| Lieferzeit | 3-4 Tage |
| Gewicht | 0.26 kg |
| Erscheinungsdatum | 29.04.2014 |
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Technologie der Fertigungsverfahren
Tribologie der zinkphosphatfreien Kaltmassivumformung
ISBN: 978-3-86359-195-3
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Kurzbeschreibung
Zur Substitution von Zinkphosphatschichten auf Halbzeugen für die Kaltmassivumformung wird ein tribologisches System vorgestellt, dass die technologischen Funktionen der Reibungsreduktion und des Verschleißschutzes durch alternative tribologische Effekte abbildet. Durch die gezielte Interaktion einer gestrahlten mikroskopischen Halbzeugtopografie, einer keramischen Werkzeugbeschichtung auf PVD-Basis und einem flüssigen Esterschmierstoff gelingt die zinkphosphatfreie Kaltmassivumformung nicht nur auf Laborebene, sondern auch unter industriellen Randbedingungen.
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