Grundlagenuntersuchungen mikroskaliger Wirkzusammenhänge bei Herstellung, Beschichtung und Einsatz von Werkzeugen der Blechumformung

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann, since 6/2007; Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier; Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya, since 6/2007; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing
• Term: from 2006 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 23365368

Im umfassenden Bereich der Blechumformung ergibt sich bei der Umsetzung moderner Leichtbaukonzepte, insbesondere in der volkswirtschaftlich sehr wichtigen Automobilbranche, ein Anforderungsprofil, bei dem sowohl der Aspekt der großflächigen Umformung als auch die Ausformung und Ausprägung lokal begrenzter, komplexer Geometriedetails im Vordergrund stehen. Die daraus resultierenden, aus fertigungstechnischer Sicht sehr anspruchsvollen Werkstücke bzw. Werkstoffe können nur durch die Weiterentwicklung der konventionellen Fertigungsverfahren sowie durch die Herstellung spezifischer leistungsfähiger Werkzeuge realisiert werden, die auf das jeweilige Fertigungsverfahren abgestimmt sind. Im Rahmen des Forschungsantrages ist daher geplant, umfangreiche, materialwissenschaftliche und fertigungstechnische Grundlagenuntersuchungen der mikroskaligen Wirkzusammenhänge zwischen der Herstellung, Beschichtung und dem Einsatz von Werkzeugen für die Blechumformung durchzuführen. Ein großes Potential bei der Realisierung der anspruchsvollen Fertigungsaufgaben zur Herstellung von großflächigen, komplexen Blechformteilen mit guten Form- und Maßgenauigkeiten - insbesondere auch aus hoch- und höherfesten Werkstoffen - besitzt das wirkmedienbasierte Umformverfahren Hochdruck-Blechumformung (HBU). Für eine definierte, gezielte Prozessführung bei der HBU sind detaillierte Kenntnisse über das tribologische Verhalten des Bleches in den einzelnen Kontaktzonen zwischen dem umzuformenden Blechwerkstück und dem Werkzeug erforderlich. Daher hat die Werkzeugoberfläche eine maßgebliche Bedeutung. Um die Qualität und Standzeit von Gestalt und Oberfläche der Werkzeuge beurteilen zu können, ist eine sukzessive Untersuchung der Werkzeuge nach den Herstellungsschritten als auch über die Verwendungsdauer im Umformprozess notwendig. Sowohl die Fertigung der Oberfläche durch eine spanende Bearbeitung (HSC-Fräsen) und die Beschichtung der Werkzeuge mit verschleißfesten Schichten, als auch die Beanspruchung der Oberfläche während des Umformprozesses erfolgen ursächlich im Mikrobereich. Um die Auswirkungen von Fertigung der Oberfläche und deren Belastung im Makrobereich auf die Ursachen im Mikrobereich zurückführen zu können, ist ein besseres Verständnis der Wirkzusammenhänge innerhalb der Fertigungskette notwendig. Durch die Analyse der Oberflächen von Umformwerkzeugen und umgeformter Werkstücke bei Herstellung, Beschichtung und Einsatz einerseits und der mit einem Großkammer-Rasterelektronenmikroskop möglichen mikroskopischen Betrachtung von Fertigungs- und Modellprozessen in-situ andererseits sollen wichtige Hinweise zur optimalen Gestaltung der untersuchten Prozessketten der Produktionstechnik erarbeitet werden. Darüber hinaus wird die Einrichtung eines bundesweiten Arbeitskreises ¿GK-REM vorgeschlagen, um einen optimalen Erfahrungsaustausch zwischen den mit einem solchen Gerät arbeitenden Arbeitsgruppen und eine entsprechende Koordinierung von Aufgaben zu erreichen, insbesondere im Hinblick auf die Qualitätssicherung und die Kalibrierung der Großkammer-Rasterelektronenmikroskope und der EDX-Analysesysteme.

• DFG Programme: Research Grants
• Major Instrumentation: Großkammer-Rasterelektronenmikroskop
• Ehemalige Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Kleiner, until 6/2007; Professor Dr.-Ing. Klaus D. Weinert, until 6/2007