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Projekt
Trockenumformung von Aluminiumlegierungen: von Material- und Oberflächenphysikalischen Charakterisierungen zu neuen Tribosystemen
Antragsteller
Professor Dr. Günter Bräuer; Professor Dr.-Ing. Peter Groche
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung von 2013 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244962423
Im Rahmen der allgemeinen Leichtbaubestrebungen eignet sich Aluminium aufgrund seines Gewichtvorteils und des hervorragenden Energieaufnahmevermögens im besonderen Maße für Produkte des Automobil- und Luftfahrtsektors sowie des allgemeinen Maschinenbaus. Aluminiumlegierungen stellen jedoch hohe Anforderungen an die Gestaltung von Umformtechnologien. Die starke Adhäsionsneigung der Aluminiumwerkstoffe gegenüber gängigen Werkzeugwerkstoffen beeinträchtigt die Bauteiloberflächengüte, die Prozessstabilität und angestrebte Toleranzen. Ein Verzicht auf Schmierstoffe zur Vermeidung von Anschaffungs- und Entsorgungskosten sowie zur Realisierung einer nachhaltigeren Produktion steigert die Adhäsionsneigung erheblich. Die dadurch verkürzte Werkzeuglebensdauer senkt die Produktivität und die Attraktivität von gewichtsoptimierten Aluminiumbauteilen.Das vorliegende Forschungsprojekt zielt auf die Reduktion des Adhäsionsverschleißes von Werkzeugen bei der Trockenumformung von technisch und industriell relevanten Aluminiumlegierungen ab. Die erste Projektphase diente der Identifikation und Bewertung von grundlegenden Adhäsionsmechanismen in Blechumformprozessen. Besonderer Fokus lag auf der chemischen Zusammensetzung der Blech- und Werkzeugoberflächen. Dabei wurde die Bedeutung der Oxidschicht auf den Blechen sowie der Elemente in der Werkzeugbeschichtung deutlich. Aus tribologischer Sicht erwiesen sich Eloxalschichten auf Reinaluminium verbessernd, auf die 5xxx- und 6xxx-Legierungen dagegen nachteilig. In Phase II sollen daher u.a. die natürlichen Oxidschichten, die in mit Sauerstoff angereicherter Atmosphäre entstanden sind, erprobt werden.Silber wies bei der Reinelementuntersuchung besonders antiadhäsive Eigenschaften gegenüber Aluminiumlegierungen auf, besaß jedoch einen ungenügenden Wiederstand gegen Abrasion. Zur Entwicklung einer neuen Werkzeugbeschichtung gilt es in Phase II Silber in eine härtere Schichtmatrix einzubetten, ohne dessen antiadhäsiven Eigenschaften zu mindern. Analog zu Silber weisen Silizium-dotierte, amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H:Si) ein hervorragendes Reibungs- und Adhäsionsverhalten aber einen ungenügenden Abrasivwiderstand auf. Als weiterer Lösungsansatz zur Anhebung des Abrasivwiderstands von a-C:H:Si-Schichten wird die Entwicklung von mehrlagigen Schichtaufbauten durchgeführt. Zur Qualifikation der entwickelten Schichtsysteme dienen Tribometer- und Streifenziehversuche. Die Leistungsfähigkeit der Schichtsysteme sollen abschließend anhand von anwendungsnahen Tiefziehversuchen demonstriert werden.Neben chemischen Zusammensetzungen stehen auch die resultierenden Temperaturen und Kontaktnormalspannungen im Fokus der Arbeit. In Streifenziehversuchen sollen die Prozessfenster ermittelt werden, in denen eine Trockenumformung erfolgen kann. Dieses Prozessfenster soll Vorhersagen des Verschleißverhaltens in industriellen Prozessen ermöglichen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
