Substitution der konventionellen Gesenkschmierung durch Einsatz von selbstschmierenden Rohteilen im Sinterschmieden II

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264818458

In der Kaltmassivumformung werden die Stahl-Halbzeuge in der Regel einem Phosphatiervorgang zur Erzeugung von Schmierstoffträgerschichten unterzogen werden, um den hohen Beanspruchungen während der Umformung standzuhalten. Die hier untersuchte alternative Methode von selbstschmierenden PM-Halbzeugen bietet das Potential auf diesen kosten- und zeitaufwendigen und insbesondere umweltschädlichen Prozess zu verzichten.In der 1. Antragsphase wurde gezeigt, dass sich mit Schmierstoff infiltrierte PM-Halbzeuge grundsätzlich zur Substitution der Gesenkschmierung in der Kaltmassivumformung eignen. Der Schmierstoff tritt während der Umformung aus und schmiert die Werkzeugflächen, wodurch vergleichbare Umformgrade zur konventionellen Gesenkschmierung erreicht und die Werkstücke gleichzeitig verdichtet werden. Hierbei wurde festgestellt, dass es einer besonderen Abstimmung zwischen Pulverwerkstoff, Schmierstoff (Viskosität, Benetzung) und Porosität bedarf. Besonders vielversprechend sind in diesem Zusammenhang ein größeres potentielles Schmierstoffreservoir (ausreichend hohe Porosität) und damit einhergehend höhere Schmierstoffmengen, sowie ein Schmierstoff mit sehr niedriger Viskosität und einen möglichst kleinen Benetzungswinkel gegenüber dem Pulverwerkstoff. Folglich soll in der zweiten Antragsphase unter anderem eine Optimierung hinsichtlich der Schmierstoffwahl und des Kompromisses zwischen möglichst hoher Porosität und hinreichender Umformbarkeit erfolgen. Dazu werden unter anderem weitere Schmierstoffe untersucht und die Infiltrationszeit deutlich erhöht. Ferner wird in der zweiten Phase als Umformverfahren das Fließpressen eingesetzt, welches die Anforderungen an hohe Gleitwege und Oberflächenvergrößerungen erfüllt und auch zur Ermittlung von Reibfaktoren geeignet ist. Letzte sollen unter Verwendung des GTN-Modells ermittelt werden, welches die Abbildung des plastischen Verhaltens von porösen Werkstoffen erlaubt. Darüber hinaus stellt sich die Frage nach dem Verbleib und der eventuellen Nutzung des Schmierstoffs nach der Umformung. Mit dem Ziel sowohl das vollständige Austreten als auch den Erhalt einer möglichst hohen Restmenge im umgeformten Werkstück einzustellen soll dieser Frage systematisch nachgegangen werden. Für beide Extrema lassen sich Anwendungsbeispiele finden, welche hier im Labormaßstab validiert werden sollen. So wird eine konventionell kalt fließgepresste Welle in der Regel hohen dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt, wofür einerseits ein möglichst vollverdichteter Werkstoff ohne Rückstände notwendig ist. Andererseits wäre das Fließpressen von hydrodynamischen Gleitlagern oder Wälzlagerkomponenten möglich, die ein zusätzliches Schmierstoffreservoir in den Laufflächen und damit verbesserte Notlaufeigenschaften aufweisen. Als Referenz sollen die Umformuntersuchungen und Charakterisierungen auch mit konventionell beschichteten Vollmaterial-Halbzeugen durchgeführt und die Ergebnisse der alternativen Methode gegenübergestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen