Tribology of Machine Hammer Peened Tool Surfaces for Deep Drawing

Autor:
Trauth, Daniel Harald
ISBN
978-3-86359-424-4
39,00 €
Inkl. 7% MwSt.
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Quick Overview

Zwecks Reduktion von Reibung und Verschleiß beim Tiefziehen von Leichtbauwerkstoffen wurden die Oberflächen gehärteter Ziehwerkzeuge durch maschinelles Oberflächenhämmern bearbeitet. Gegenstand der Dissertation ist die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen den Parametern des Oberflächenhämmerns und den resultierenden Werkzeugoberflächen sowie die Wirkungsweise von gehämmerten Werkzeugoberflächen auf Reibung, Verschleiß und Schmierung.

Auf den globalen Trend nach Energie- und Ressourceneffizienz wird in der Automobilindustrie maßgeblich durch die Verarbeitung von hochfesten Stahlwerkstoffen, Aluminium-Magnesium-Legierungen und Edelstählen reagiert. Dies führt jedoch zu einer erhöhten Prozessreibung zwischen Blechwerkstoff und Werkzeug und damit einhergehend zu einem erhöhten Werkzeugverschleiß.

Zwecks Reduktion von Reibung und Verschleiß wurden die Oberflächen gehärteter Ziehwerkzeuge durch maschinelles Oberflächenhämmern bearbeitet. Das maschinelle Oberflächenhämmern ist ein inkrementeller Umformprozess, welcher durch hochfrequente Schläge eines Hammers auf die Oberfläche zugleich eine Oberflächenglättung, eine Induktion von Kaltverfestigung und Druckeigenspannungen sowie eine Oberflächenstrukturierung bewirken kann. 

Gegenstand der Dissertation ist die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen den Parametern des Oberflächenhämmerns und den resultierenden Werkzeugoberflächen sowie die Wirkungsweise von gehämmerten Werkzeugoberflächen auf Reibung, Verschleiß und Schmierung.

Durch experimentelle Versuche wurden Ziehwerkzeugoberflächen durch Hämmern strukturiert und die Oberflächenintegrität der gehämmerten Oberflächenstrukturen durch Messung der Druckeigenspannung, der Härte, der Mikrohärte und der Oberflächenrauheit beschrieben. Begleitend wurden numerische Modelle auf Basis der FEM zur Erklärung der Zusammenhänge zwischen den Hämmerparametern und dem Werkstoffzustand entwickelt. Die Oberflächenstrukturen wurden anschließend hinsichtlich ihrer Reibeigenschaften im Streifenziehversuch bewertet und mit einer unstrukturierten Referenzoberfläche verglichen. Die Oberflächenstrukturen mit den geringsten Reibwerten wurden danach einer Verschleißanalyse unterzogen. Aufbauend wurde eine Werkzeugbeschichtung abgeleitet, welche die tribochemische Reaktionsfreudigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück minimiert. Mit Hilfe der Tropfenkonturanalyse wurden die physikalisch-chemischen Wechselwirkungen zwischen ausgewählten Schmierstoffen und Beschichtungen untersucht. Zur Unterstützung des Schmierfilms wurden weiterhin mithilfe der Hydrodynamik die Geometrie und die Anordnung der Oberflächenstrukturen optimiert. Dies erlaubte die Untersuchung des Einflusses von Strukturlänge, -tiefe, -breite sowie Schmierstoffviskosität und Ziehgeschwindigkeit auf den hydrodynamischen Fluiddruck, die fluidmechanische Tragkraft und den resultierenden Reibwert. Die Erkenntnisse der Arbeit wurden in einem industriellen Feldversuch validiert.

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Autor Trauth, Daniel Harald
Lieferzeit 3-4 Tage
Erscheinungsdatum 18.05.2016
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Auf den globalen Trend nach Energie- und Ressourceneffizienz wird in der Automobilindustrie maßgeblich durch die Verarbeitung von hochfesten Stahlwerkstoffen, Aluminium-Magnesium-Legierungen und Edelstählen reagiert. Dies führt jedoch zu einer erhöhten Prozessreibung zwischen Blechwerkstoff und Werkzeug und damit einhergehend zu einem erhöhten Werkzeugverschleiß.

Zwecks Reduktion von Reibung und Verschleiß wurden die Oberflächen gehärteter Ziehwerkzeuge durch maschinelles Oberflächenhämmern bearbeitet. Das maschinelle Oberflächenhämmern ist ein inkrementeller Umformprozess, welcher durch hochfrequente Schläge eines Hammers auf die Oberfläche zugleich eine Oberflächenglättung, eine Induktion von Kaltverfestigung und Druckeigenspannungen sowie eine Oberflächenstrukturierung bewirken kann. 

Gegenstand der Dissertation ist die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen den Parametern des Oberflächenhämmerns und den resultierenden Werkzeugoberflächen sowie die Wirkungsweise von gehämmerten Werkzeugoberflächen auf Reibung, Verschleiß und Schmierung.

Durch experimentelle Versuche wurden Ziehwerkzeugoberflächen durch Hämmern strukturiert und die Oberflächenintegrität der gehämmerten Oberflächenstrukturen durch Messung der Druckeigenspannung, der Härte, der Mikrohärte und der Oberflächenrauheit beschrieben. Begleitend wurden numerische Modelle auf Basis der FEM zur Erklärung der Zusammenhänge zwischen den Hämmerparametern und dem Werkstoffzustand entwickelt. Die Oberflächenstrukturen wurden anschließend hinsichtlich ihrer Reibeigenschaften im Streifenziehversuch bewertet und mit einer unstrukturierten Referenzoberfläche verglichen. Die Oberflächenstrukturen mit den geringsten Reibwerten wurden danach einer Verschleißanalyse unterzogen. Aufbauend wurde eine Werkzeugbeschichtung abgeleitet, welche die tribochemische Reaktionsfreudigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück minimiert. Mit Hilfe der Tropfenkonturanalyse wurden die physikalisch-chemischen Wechselwirkungen zwischen ausgewählten Schmierstoffen und Beschichtungen untersucht. Zur Unterstützung des Schmierfilms wurden weiterhin mithilfe der Hydrodynamik die Geometrie und die Anordnung der Oberflächenstrukturen optimiert. Dies erlaubte die Untersuchung des Einflusses von Strukturlänge, -tiefe, -breite sowie Schmierstoffviskosität und Ziehgeschwindigkeit auf den hydrodynamischen Fluiddruck, die fluidmechanische Tragkraft und den resultierenden Reibwert. Die Erkenntnisse der Arbeit wurden in einem industriellen Feldversuch validiert.

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Institut für Industriekommunikation und Fachmedien (IIF) GmbH an der RWTH Aachen

Steinbachstr. 25
52074 Aachen
Deutschland