Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das in der Kaltmassivumformung \u00fcbliche Schmiersystem basiert auf einer Zinkphosphatschicht, die auf die Werkst\u00fcckoberfl\u00e4che aufgebracht wird. In der Regel kommen als Schmierstoffe Kaltpress\u00f6le, reaktive Seifen und Molybd\u00e4ndisulfid zum Einsatz. Die Aufbringung und Entfernung des Schmierstoffsystems erfolgt meist auf chemischem Weg in verschiedenen B\u00e4dern. Die B\u00e4der m\u00fcssen mit einem hohen Energieaufwand betrieben werden, unbrauchbar gewordene B\u00e4der sind zu entsorgen. Das Abwasser enth\u00e4lt Beiz- und Beschichtungschemikalien, die eine Umweltbelastung darstellen. Ziel des Projektes war es, ein umweltfreundliches Tribosystem im industriellen Einsatz durch die ganzheitliche Betrachtung der Prozesskette zu entwickeln.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Funktionen der Phosphatschicht mussten nun anderweitig \u00fcbernommen werden. Als Schmierstofftr\u00e4ger sollte die Werkst\u00fccktopografie dienen, die Trennschichtfunktion von Werkzeug und Werkst\u00fcck \u00fcbernahm eine Hartstoffschicht, die auf die Werkzeuge aufgebracht wurde.
\nZuerst wurden in grundlegenden Untersuchungen die Werkzeuge, Hartstoffschichten und Drahtbehandlungsm\u00f6glichkeiten hinsichtlich der Anforderungen der phosphatschichtfreien Fertigung angepasst und optimiert. Dazu wurden Reibversuche durchgef\u00fchrt, die es erlauben, die unterschiedlichen Eigenschaften der Tribosysteme zu analysieren. Um geeignete Hartstoffschichten zu ermitteln, wurden Verschlei\u00dfuntersuchungen durchgef\u00fchrt. Damit lie\u00dfen sich Aussagen \u00fcber die Schichthaltbarkeit und die Verschlei\u00dfmechanismen treffen. W\u00e4hrend des gesamten Projektzeitraums erwies sich die FEM-Simulation als hilfreich bei der Optimierung der Werkzeuge und Prozesse. So lassen sich tribologisch kritische Werkzeuggeometrien entsch\u00e4rfen und Beanspruchungskollektive f\u00fcr Werkzeugbeschichtungen definieren.
\nIm zweiten und dritten Projektjahr fanden Produktionsversuche bei den Anwenderfirmen statt. Hier wurden die Erkenntnisse der grundlegenden Untersuchungen in die Praxis umgesetzt. Damit ging eine Prozessoptimierung einher, die zuerst an einer M16-Sechskantschraube, sp\u00e4ter auch an komplexeren Bauteilen verwirklicht wurde.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Experimente umfassten salzbeschichtete Dr\u00e4hte als Stellvertreter f\u00fcr alternative Tr\u00e4gerschichten, gebeizte Dr\u00e4hte und gestrahlte Dr\u00e4hte. Die Drahtvarianten wurden mit drei unterschiedlichen, neu entwi-ckelten Schmierstoffen kombiniert.
\nBei den Drahtausf\u00fchrungen konnte die salzbeschichtete Variante im Labor-Reibversuch fast die Ergebnisse der phosphatierten Variante erreichen. In den Produktionsversuchen mit der M16-Schraube zeigte sich dann die Problematik der mangelnden Schichthaftung in Verbindung mit gro\u00dfen Oberfl\u00e4chenvergr\u00f6\u00dferungen. Die gebeizten Dr\u00e4hte wiesen in den Laborversuchen hohe Reibung auf, in der Produktion ergaben sich Probleme in der zweiten Stufe beim Anstauchen des Schraubenkopfes. Nach dem Stauchvorgang haftet die Schraube an der Bohrungswandung fest, was beim Auswerfvorgang zu Bohrungsbr\u00fcchen f\u00fchren kann. Die gestrahlten Dr\u00e4hte wiesen nur geringe Reibung auf. Dies kann in Verbindung mit Fl\u00fcssigschmierstoff auf den Schmiertascheneffekt zur\u00fcckgef\u00fchrt werden. Restliche Zunderreste f\u00fchrten z.T. zu unbefriedigenden Produktionsergebnissen.
\nWerkzeugseitig wurden verschiedene Beschichtungen und Beschichtungskombinationen hinsichtlich ihres Reib- und Verschlei\u00dfverhaltens untersucht. Die Beschichtungen k\u00f6nnen dabei in f\u00fcnf Gruppen eingeteilt werden: unbeschichtetes Werkzeug, CVD TiC\/TiN-Beschichtung, CVD TiC\/TiN+Kohlenstoffschicht, CVD TiC\/TiN+weiche Auflageschicht u. Kohlenstoffschichten. Unter den kohlenstoffbasierten Schichten wurden eine W-DLC-Variante und eine DLC-Variante ausgew\u00e4hlt. CVD-Beschichtungen hatten sich be-reits in einem vorangegangenen Projekt zu diesem Themenkomplex bew\u00e4hrt. Bei der Kombination der CVD-Beschichtung mit einer weichen Auflageschicht bestand die Idee, dass Einlaufverhalten der CVD-Schicht zu verbessern. Diese Erwartungen konnten nicht erf\u00fcllt werden, wie die Laborversuche ergaben. Ist die Auflageschicht fest auf der CVD-Beschichtung verankert, so sch\u00e4digt ihr Abtrag gleichzeitig die CVD-Beschichtung. Am Beispiel der CVD+MoS2-Beschichtung wird deutlich, dass es sich hier um eine leicht zu l\u00f6sende Schichtverbindung handelt. Die MoS2-Schicht wird bereits nach einem Hub fast vollst\u00e4ndig abgetragen, die CVD-Beschichtung ist danach noch intakt.
\nDie W-DLC- und die CVD+W-DLC-Variante wirken stark reibungsmindernd. Dies konnte in den Reibuntersuchungen herausgefunden werden. Ihr Verschlei\u00dfverhalten in den Produktionsversuchen mit der M16-Schraube zeigte sich in den Verj\u00fcngstufen verbesserungsbed\u00fcrftig, da die Schichthaftung insbesondere auf der CVD-Beschichtung unzureichend war. Aus diesem Grund wurde die Schichthaftung optimiert. Die erzielbaren Ergebnisse blieben aber unter den CVD-TiC\/TiN-Ergebnissen zur\u00fcck.
\nEine generelle Problematik bei Reduzierteilen h\u00e4ngt damit zusammen, dass hier der Auftreffsto\u00df des Drahtes auf die Matrize erheblich ist. Dies kann zu einem verfr\u00fchten Verschlei\u00df des Werkzeugs der ersten Stufe im Einlaufbereich f\u00fchren, was einen verfr\u00fchten Ziehkantenverschlei\u00df nach sich zieht. Die geforderten Bauteiltoleranzen k\u00f6nnen dann nicht mehr erreicht werden. Dennoch konnten in den Produktionsversuchen sowohl bei Flie\u00dfpressteilen wie auch bei Reduzierteilen gute Resultate erzielt werden.Bei einem schwer umformbaren Flie\u00dfpressteil mit einer Querschnittsreduktion von \u00fcber 50 % konnten in Verbindung mit einer CVD-Matrize, gestrahltem wie auch gebeiztem Draht und feststoffpigmentiertem Kaltflie\u00dfpress\u00f6l ca. 84.000 Teilen hergestellt werden. Hinsichtlich des Verschlei\u00dfeindrucks an den Werkzeugen konnte nur ein geringer Unterschied zur konventionellen Fertigung mit Phosphatschicht festgestellt werden.
\nEine signifikante Standzeiterh\u00f6hung ergab sich bei der Fertigung eines M6-Reduzierteils mit gebeiztem Draht, Kaltflie\u00dfpress\u00f6l und PVD TiN-beschichteter Matrize.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Vortrag und Ver\u00f6ffentlichung mit dem Schwerpunkt Verj\u00fcngtest auf dem World Tribology Congress.
\nGroche, P.; Kappes, B.; D\u00fcnkel, V.; Mauer, G.: Signification of Tribology Bench Tests in Cold Bulk Forming. In: Franek, F; Bartz, W.J.; Pauschitz, A. (Editors): Proceedings of the WTC 2001. Bd.: Tribology 2001 und Bd.: Abstracts of Papers. Vienna: \u00d6sterreichische Tribologische Gesellschaft, 2001.
\nEine weitere Ver\u00f6ffentlichung in der Zeitschrift Tribologie und Schmierungstechnik ist geplant.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
F\u00fcr ein breites Anwendungs- bzw. Produktspektrum ist die phosphatschichtfreie Kaltmassivumformung noch nicht wirtschaftlich durchf\u00fchrbar. Mit diesem Projekt wurden aber beachtenswerte Erfolge erzielt. So konnte ein Flie\u00dfpressteil phosphatfrei bei ansprechenden Standzeiten umgeformt werden. Ebenso konnte ein Tribosystem gefunden werden, mit dem ein Reduzierteil im Vergleich zur konventionellen Fertigung mit einer erheblichen Standzeiterh\u00f6hung der Werkzeuge produziert werden konnte. Es ergibt sich in einigen Bereichen aber noch weiterer Forschungsbedarf. So sind die Werkzeugkonstruktionen der phosphatschichtfreien Kaltmassivumformung anzupassen. Ziel ist, die Werkzeugbeanspruchung zu minimieren und gleichm\u00e4\u00dfiger zu verteilen. Auch in den Bereichen der Schmierstoffadditive und Hartstoffschich-ten stecken weitere Optimierungspotenziale.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Das in der Kaltmassivumformung \u00fcbliche Schmiersystem basiert auf einer Zinkphosphatschicht, die auf die Werkst\u00fcckoberfl\u00e4che aufgebracht wird. In der Regel kommen als Schmierstoffe Kaltpress\u00f6le, reaktive Seifen und Molybd\u00e4ndisulfid zum Einsatz. Die Aufbringung und Entfernung des Schmierstoffsystems erfolgt meist auf chemischem Weg in verschiedenen B\u00e4dern. Die B\u00e4der m\u00fcssen mit einem hohen Energieaufwand […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[47,65,52,53],"class_list":["post-20301","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-klimaschutz","tag-nordrhein-westfalen","tag-umweltforschung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"12125\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"A-12125.pdf","dbu_projektdatenbank_bsumme":"511.291,88","dbu_projektdatenbank_firma":"Fuchs Schraubenwerk GmbH","dbu_projektdatenbank_strasse":"Bismarckstr. 38","dbu_projektdatenbank_plz_str":"57076","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Siegen","dbu_projektdatenbank_p_von":"1998-07-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2001-07-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"3 Jahre","dbu_projektdatenbank_telefon":"0271\/4095-0","dbu_projektdatenbank_inet":"www.fuchs-schrauben.de","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Nordrhein-Westfalen","dbu_projektdatenbank_foerderber":"3","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/20301","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/20301\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":33304,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/20301\/revisions\/33304"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=20301"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=20301"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=20301"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}