Oberflächentexturen auf Tiefziehwerkzeugen zur Reduktion von Reibung und Verschleiß durch maschinelles Festklopfen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274033148

Das Tiefziehen ist ein bedeutendes Fertigungsverfahren der Automobilindustrie zur Herstellung von Blechwerkstücken mit dreidimensionaler Geometrie. Aktuellen Trends folgend werden dort hochfeste Werkstoffe verwendet. Hieraus ergeben sich erhöhte Anforderungen an den Tiefziehprozess, insbesondere an die Reibeigenschaften und die Verschleißbeständigkeit der Tiefziehwerkzeuge. Weltweit entstehen bei industriellen Prozessen des Werkzeug- und Formenbaus, wie dem Tiefziehen, durch Reibung und Verscheiß Kosten im Milliardenbereich. Eine vielversprechende Möglichkeit, Reibung und Verschleiß gezielt zu beeinflussen, stellen regelmäßige Strukturen auf Werkzeugoberflächen dar, sogenannte Texturen.Die Beschreibung der tribologischen Eigenschaften unter Verwendung texturierter Werkzeugoberflächen ist nach aktuellem Stand der Technik unzureichend erforscht. Positive Effekte auf die Reibeigenschaften und das Verschleißverhalten der Wirkpartner wurden bereits für Texturen auf Blechwerkstoffen nachgewiesen. Diese unterscheiden sich jedoch aufgrund ihrer plastischen Einebnung während des Tiefziehens signifikant von Texturen auf Werkzeugen. Die Herausforderung besteht folglich darin, verschleißfeste Texturen auf Werkzeugen zu erzeugen, welche Reibung und Verschleiß positiv beeinflussen.Die Erzeugung der Texturen wird in diesem Vorhaben durch das wenig erforschte Verfahren Festklopfen erfolgen. Das Festklopfen grenzt sich durch die Induktion von Druckeigenspannungen und Kaltverfestigung von weiteren Prozessen zur Texturierung ab. Durch die einfache Integration in bestehende Fertigungsprozesse und der flexibel einstellbaren Kinematik bietet Festklopfen ein hohes Potential, die geforderten Anforderungen an die Erzeugung einer reibungsarmen und verschleißresistenten Textur zu erfüllen.Das Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines analytisch-empirischen und eines numerischen Prozessmodells, mit denen die grundlegenden Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge von durch Festklopfen texturierten Oberflächen auf Reibung und Verschleiß im Tiefziehprozess beschrieben und erklärt werden. In einer ersten Stufe werden grundlegend die Zusammenhänge zwischen den Festklopfparametern und dem texturierten Randschichtzustand erforscht. Darauf aufbauend erfolgen in einer zweiten Stufe die Beschreibung und Erklärung der Korrelationen zwischen dieser Textur mit der Reibung beim Tiefziehen. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht das Verständnis der tribologischen Wirkmechanismen in der Wirkfuge zwischen durch Festklopfen texturierten Werkzeugen, Schmierstoff und Blechwerkstoff. Das gewonnene Grundlagenverständnis ermöglicht eine zielgerichtete Prozessauslegung, wodurch die Reibung prozessgerecht beeinflusst werden kann. Abschließend erfolgt die Erforschung der Auswirkungen der Textur auf die Verschleißbeständigkeit unter Berücksichtigung der nun bekannten Reibeigenschaften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen