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Projekt
Trockenschmierende HPPMS-CrAlN Beschichtungen für den Einsatz in der trockenen Kaltmassivumformung von Stahl
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin; Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung von 2013 bis 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244871150
Umformtechnische Fertigungsverfahren der Kaltmassivumformung sind aufgrund der hohen Werkstoffausnutzung und der damit einhergehenden Energie- und Ressourceneffizienz für die Produktionstechnik von hoher Bedeutung. Um umformtechnische Fertigungsprozesse der Kaltmassivumfomung beherrschbar zu machen, finden dort Schmiermittel flüssiger und fester Art Anwendung, deren Einsatz aus ökologischen, ökonomischen und legislativen Gründen aber häufig bedenklich ist. Der Trockenumformung wird aus diesen Gründen ein erhöhtes Forschungspotential zugesprochen. Durch den Verzicht von Schmierstoffen resultieren für das trockene Tribosystem umformtechnischer Systeme erhöhte Anforderungen. Diese werden durch geeignete Oberflächenstrukturen in Kombination mit einer selbstschmierenden Beschichtung beherrschbar. Die Beschreibung der tribologischen Eigenschaften unter Verwendung strukturierter Halbzeugoberflächen in Kombination mit einer selbstschmierenden Beschichtung ist nach aktuellem Stand der Technik unzureichend erforscht. Die Herausforderung besteht folglich darin, eine Kombination aus reibungsreduzierenden Oberflächenstrukturen auf Halbzeugen und eine verschleißfeste selbstschmierende Beschichtung auf Werkzeugen zu erforschen, welche die Trockenumformung in der Kaltmassivumformung erstmalig ermöglicht.Das Ziel dieses Vorhabens ist die Modellbildung zur Erklärung der tribologischen Interaktion zwischen der Halbzeugtopografie und einer selbstschmierenden Beschichtung. Das angestrebte Modell erklärt über empirische Zusammenhänge und analytische Formulierungen die physikalischen, thermischen und chemischen Wirkprinzipien bei der trockenen Umformung von niedriglegierten Stahlwerkstoffen, die sowohl die Reibung als auch den Verschleiß betreffen. In einem ersten Schritt erfolgt die Herstellung und Charakterisierung einer neuartigen selbstschmierenden Beschichtung auf Basis eines HPPMS (High Power Pulsed Magnetron Sputtering)-Prozesses. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt in der Entwicklung einer reibungsreduzierenden stochastischen Oberflächenstruktur zur Reduktion der wahren Kontaktfläche. In einer anschließenden Synthese erfolgt die Erforschung der Interaktion zwischen der neu entwickelten HPPMS-Beschichtung und der strukturierten Halbzeugrandschicht. Dabei wird die Hypothese untersucht, dass ein tribologisches System existiert, welches durch ein spezielles Werkzeugwerkstoff-Beschichtungs-System in Kombination mit einem definierten Werkstückwerkstoff-Oberflächenstruktur-System charakterisiert ist, sodass Reibung und Verschleiß reduziert werden. Eine Trockenumformung ist dann prozesssicher und ökonomisch möglich.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
