FORWERKZEUG

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND FLEXIBLE WERKZEUGSYSTEME

B4: Beanspruchungsangepasste Umformwerkzeuge durch lokal optimierte Werkzeugoberflächen

Arbeitsfeld:

Werkzeuge in der Kaltmassivumformung sind aufgrund der zur Umformung notwendigen hohen Spannungen und der Verfestigung des Werkstückwerkstoffs einer sehr hohen Beanspruchung ausgesetzt. Der Verbesserung der Werkzeugtechnik und Steigerung der Werkzeuglebensdauer kommt deshalb eine Schlüsselrolle zu, die Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen durch eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit sowie der Erschließung neuer Produktbereiche zu steigern. Die Werkzeugoberfläche, an der Kontaktnormalspannungen von mehreren 1000 MPa erreicht werden, hat eine entscheidende Bedeutung für die vorherrschenden Schädigungsursachen Verschleiß und Ermüdung. Sie beeinflusst nicht nur die tribologischen Eigenschaften, sondern auch die Ermüdungsfestigkeit des Werkzeugs, da sich Ermüdungsrisse vorzugsweise in der Oberflächenschicht bilden. Gegenstand des vorliegenden Forschungsprojekts sind höchstbeanspruchte Werkzeuge der Kaltmassivumformung, bei denen gleichzeitig Ermüdung aufgrund hoher Werkzeugdehnungen sowie Verschleiß und Oberflächenzerrüttungen aufgrund eines ausgeprägten Werkstoffflusses auftreten und zu einem frühen Werkzeugversagen führen. Zentrales Ziel der Projektarbeit ist es, die Werkzeugoberfläche durch eine lokale Oberflächenbehandlung mittels Oberflächenstrukturierung, Laserstrahlwärmebehandeln sowie Glatt- und Festwalzen optimal an die Beanspruchung des Umformprozesses anzupassen und damit den Unternehmen ein neues Potential zur Steigerung der Werkzeuglebensdauer zu erschließen. Hierzu führt das Projekt Unternehmen aus der umformtechnischen Industrie mit spezialisierten Betrieben der Oberflächenbehandlung zusammen. Durch den Einsatz oberflächenbehandelter Werkzeugeinsätze in der Fertigung können genaue Kenntnisse über das Einsatzverhalten und die Lebensdauer der Werkzeuge gewonnen werden. Die betrachteten Verfahren der Oberflächenbehandlung bieten zudem die Möglichkeit, sie lokal begrenzt und damit flexibel an die Beanspruchung angepasst, bei Bedarf sogar parallel, anzuwenden. In einem weiteren Schritt sollen die Parameter der Oberflächenbehandlung für die Anforderungen der Kaltmassivumformung optimiert werden. Erweiterte Berechnungsmöglichkeiten der FE-Simulation für die Werkzeugbeanspruchung, die im Rahmen des Projekts entwickelt und verifiziert werden, sowie die Zusammenfassung der Versuchsergebnisse in einer Richtlinie sollen die Konstrukteure in den Betrieben in die Lage versetzen, die beanspruchungsangepasste, lokale Oberflächenbehandlung erfolgreich einzusetzen.