Projekt 19559/01

Entwicklung eines Verfahrens zur Gesenkschmierung beim Schmieden mit dem Ziel, entstehende Sonderabfälle und die damit verbundenen Entsorgungskosten zu reduzieren

Projektträger

Universität HannoverInstitut für Umformtechnik und Umformmaschinen
Schönebecker Allee 2
30823 Garbsen
Telefon: 0511/762-2161

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Verfahren der elektrostatischen Beschichtung findet ein breites Anwendungsspektrum in der Farbauftragstechnik. Für Antihaftaufgaben im Bereich der Massivumformung wird diese Technik bislang noch nicht im industriellen Maßstab eingesetzt. Nach wie vor findet eine Schmierung der Gesenke über das Versprühen von Schmierstoffen mit flüssigen Trägermedien statt. Ein umformtechnischer Bereich, der heute schon das elektrostatische Auftragen von Festschmierstoffen nutzt, ist der des Strangpressens von Aluminium. Ziel des Projektes ist es, das Verfahren der elektrostatischen Pulverschmierung für das Gesenkschmieden nutzbar zu machen und mit dessen Vorteilen im Schmiedeprozess entstehende Sonderabfälle zu minimieren. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an den Schmierungsprozess beim Gesenkschmieden kann das Verfahren der elektrostatischen Beschichtung jedoch nicht ohne weiteres vom Strangpressen übernommen werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZum Erreichen der Ziele Umweltentlastung, Senkung der Entsorgungskosten sowie reduzierter Schmierstoffverbrauch bei gleichzeitiger Erhöhung der Werkzeugstandmenge sind in erster Linie folgende Maßnahmen zu treffen:
- Entwicklung von pulverförmigen Schmierstoffen,
- Entwicklung eines schnellen, schmiedegerechten Sprühmanipulators,
- Entwicklung einer Schutzvorrichtung der Sprüheinheit,
- Konzipierung einer Wasserkühlung (Vernebelung),
- Konstruktive Weiterentwicklung der Pulversprühdüsen
- Ermittlung der optimalen Sprühparameter an ausgewählten Gesenken,
- Optimierung der elektrostatischen Aufladbarkeit der Schmierstoffpulver.


Ergebnisse und Diskussion

Es wurde ein Verfahren zur Minimalschmierung von Umformpressen entwickelt. Die Technik der elektrostatischen Pulverschmierung ist grundsätzlich dazu geeignet, Schmierstoffe ohne der in flüssigen Schmiermitteln notwendigen Hilfsstoffe auf die zu schmierenden Werkzeugoberflächen aufzutragen. Mit der Pulverschmierung soll neben der Erhöhung der Werkzeugstandmenge vor allem der Aufwand für Werkzeug und Schmiermittelkosten sowie die Belastung für Mensch und Umwelt reduziert werden. Es wurden zunächst verschiedene elektrostatisch aufladbare Pulver auf Graphitbasis hergestellt und deren Schmiedungseigenschaften mit Hilfe eines Schmiedeversuchs untersucht und bewertet.
Anhand der drei unterschiedlichen Fertigungsbereiche Gesenkschmieden, Warmschmieden und Fließpressen wurden Schmiedeversuche mit Pulverschmierung auf Graphitbasis durchgeführt und Konzepte für eine Integration in eine Fertigungsanlage ausgearbeitet. Für die unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Verfahren an die Sprühtechnik wurden unterschiedliche Düsen konzipiert und weiterentwickelt. Es sind Pulverdüsen entwickelt worden, die die Pulvermengen vertikal steuerbar auf Ober- und Untergesenk auftragen. Geschlitzte Düsenkörper sind mit ihrer gerichteten Sprühcharakteristik geeignet, das Pulver in einem engen Bereich zielgerichtet auf die Werkzeuge aufzutragen. Sind am Pressdorn sehr große Bereiche mit Pulver zu besprühen, so kamen trichterförmige Düsenaufsätze zum Einsatz.
Bei der Praxiserprobung des Verfahrens für das Fließpressen von Eisenbahnpuffern konnte das manuelle Schmieren der Gesenkkomponenten mit graphithaltigem Fett durch das automatische Pulverschmieren abgelöst werden. Zugleich wurde eine leistungsfähige Hochdruckwasserkühlung installiert. Damit wurde das notwendige Kühlen der Pressformen vom Schmiervorgang abgetrennt .
Um das Fließpressen von Eisenbahnpuffern zu automatisieren, wurde eine vollautomatisierte elektrostatische Sprühanlage in eine Pressenlinie integriert. Dabei übernimmt ein Roboter das Handling der Pulversprüh- und Kühlvorrichtungen.
Es konnte eine konstantere Qualität der Schmiedeteile erreicht werden. Die sich im Pressenfundament ansammelnden Rückstände wurden maßgeblich reduziert. Aussagen über Pulververbrauch und damit verbundene Schmierstoffkosten konnten zu Projektende noch nicht getroffen werden. Auch die Standzeitverlängerung für die Formen lässt sich nur durch Langzeitversuche verifizieren. Es ist eine Fortführung der Entwicklungsarbeiten auch für andere Einsatzbereiche geplant. Zunächst bleiben die Ergebnisse eines Dauereinsatzes der Pilotanwendung abzuwarten. Konkrete Aussagen über Verschleißminderungen und die Erhöhung der Standmenge der Gesenke sowie das Ausmaß der Schmiermitteleinsparungen konnten im Projektzeitraum nicht gemacht werden, da hierfür Langzeituntersuchungen notwendig sind. Das Ziel des Projektes wurde jedoch in der Hauptsache erreicht.
Das bereits in der Anwendung beim Strangpressen von Aluminiumprofilen erfolgreich eingesetzte neuartige Verfahren einer elektrostatischen Pulverschmierung konnte auf den Einsatzbereich des Gesenkschmiedepressens übertragen werden. Es konnte gezeigt werden, dass das elektrostatische Pulverschmieren für die Anwendungen in der Warmmassivumformung geeignet ist.


Fazit

Ziel dieses Forschungsvorhaben war es, den Schmierstoffeinsatz dahingehend zu optimieren, dass der Schmierstoffverbrauch gesenkt, die Verschmutzung des Arbeitsbereiches reduziert und die Belastung des bedienenden Personals und der Umwelt deutlich verringert wird. Der hier verwendete Ansatz, die elektrostatische Pulversprühtechnik, ist in der Lage, die Werkzeuge zielgerichtet mit Schmierstoff zu beschichten. Dadurch wird die Kontamination des Pressenraumes deutlich reduziert. Da die Verlustrate verringert wird, können somit die Schmierstoffkosten reduziert werden. Da Pulver als Schmierstoff zum Einsatz kommt, entfallen die Problematiken, die durch den Einsatz von Schmierstoffen auf der Basis von Öl/Feststoff-Gemischen entstehen. Zum einen wird die Entsorgung der Rückstände einfacher, zum anderen ist das kontaminierte Kühlwasser mit weniger Aufwand zu reinigen.
Das Projekt wird als sehr erfolgreich eingeschätzt. Die Entwicklungen des Graphitschmierpulvers und des Applikationsverfahrens wurden nicht nur für verschiedene technische Anwendungsbereiche erprobt, sondern bereits in einen konkreten Anwendungsfall übertragen. Dabei bestätigten sich zunächst qualitativ erhebliche Schmierstoffeinsparpotentiale und Abfallverminderungen.