Einfluß von Oberflächenbeschichtungen auf den Werkzeugverschleiß bei der Massivumformung

145 Pages·1986·4.3 MB·German

by  Dipl.-Ing. Harald Westheide (auth.)

Berichte aus dem
Institut fUr Umfonntechnik
der Universitiit Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. K. Lange
87
Harald Westheide
EinfluB von
Oberflachenbeschichtungen
aufden WerkzeugverschleiB
bei der Massivumformung
Mit84Abbildungenund 9Tabellen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Dipl.-Ing. Harald Westheide
InstitutfOrUmformtechnik
UniversiUUStuttgart
Dr.-Ing.Kurt Lange
o.ProfessoranderUniversiUUStuttgart
InstitutfOrUmformtechnik
093
IISSBBNN 997788--33--554400--1166884466--11 IISSBBNN 997788--33--666622--0066884499--66 ((eeBBooookk))
DDOOI l1l00..11000077//997788--33--666622--0066884499--66
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg1986. .
UrsprtinglicherschienenbeiSpringer-VerlagBerlinHeidelbergNewYork1986.
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GELE1TWORT DES HERAUSGEBERS
Die.Umformtechnik zeichnet sich durch sehr gute Werkstoffaus-
wertung und hohe Mengenleistung in der Serienfertigung gegen-
tiber anderen Fertigungsverfahren aus, wobei Beibehaltung der
Masse, ~nderung der Festigkeitseigenschaften wahrend eines Vor-
gangs und elast ische Rtickfederung der Werkstticke nach einem
Vorgang wesentl iche Merkmale sind. Weiter sind die benotigten
Krafte, Arbeiten und Leistungen sehr viel groBer als z.B. bei
spanenden Verfahren. Die sichere Beherrschung eines Verfahrens
in der industriellen Fertigung und die zunehmende Forderung
nach Vermeidung bzw. Minimierung spanender Nacharbeit erzwingen
die geschlossene Betrachtung des Systems "Umformende Fertigung"
unter zentraler Berticksichtigung plast izitatstheoretischer ,
werkstoffkundlicher und tribologischer Grundlagen.
Das 1nstitut fUr Umformtechnik der Universitat Stuttgart stellt
entsprechend Forschung und Entwicklung zum einen auf die Erar-
beitung von Grundlagenwissen in diesen Bereichen ab, zum anderen
untersucht und entwickelt es Verfahren unter Anwendung speziel-
ler MeBtechniken mit dem Ziel einer genauen quantitativen Er-
mittlung des Einflusses der Parameter von Vorgang, Werkstoff,
Werkzeug und Maschine. Die Behandlung von Problemen des Maschi-
nenverhaltens, der Maschinenkonstruktion sowie der Werkzeugaus-
legung und -beanspruchung, der Auswahl hochbeanspruchbarer,
verschleiBfester Werkzeugbaustoffe und schlieBlich der Tribo-
logie gehort entsprechend ebenfalls zum Arbeitsgebiet, das
durch die Erfassung organisatorischer und betriebswirtschaft-
l icher Fragen abgerundet wird.
1m Rahmen der "Berichte aus dem 1nstitut ftir Umformtechnik" er-
scheinen in zwangloser Folge jahrlich mehrere Bande, in denen
Uber einzelne Themen ausfUhrlich berichtet wird. Dabei handelt
es sich vornehmlich urn AbschluBberichte von Forschungsvorhaben,
Dissertationen, aber gelegent lich auch urn andere Texte. Diese
Berichte sol len den in der Praxis stehenden 1ngenieuren und
Wissenschaft lern zur Weiterbildung ciienen und eine Hi lfe bei
der Losung umformtechnischer Aufgaben sein. FUr die Stuciieren-
den bieten sie die M6g1ichkeit zur Vertiefung der Kenntnisse.
Die seit zwei Jahrzehnten bewahrte freundschaftliche Zusammen-
arbeit mit dem Springer-Verlag sehe ich als beste Voraussetzung
fUr das Gelingen dieses Vorhabens an.
Kurt Lange
VORWORT
Oie vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaft-
licher Mitarbeiter am Institut fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart.
Herrn Professor Dr.-Ing. K. Lange danke ich herzlich fur das mir entgegen-
gebrachte Vertrauen, seine groBzugige F6rderung und stete Unterstutzung bei
der Anfertigung dieser Arbeit.
Herrn Professor Dr.-Ing. H. Uetz bin ich fur die eingehende Durchsicht der
Arbeit sowie fur die wertvollen Anregungen und Hinweise zu Dank verpflich-
tet.
Mein Dank gilt ferner Herrn Dr.-Ing. habil. K. P6hlandt fur die Betreuung
und Durchsicht der Arbeit sowie fur die kritische Diskussion der Ergebnis-
se. Ebenso danke ich allen Mitarbeiterinnen undMitarbeitern des Instituts
fur Umformtechnik, die zumGelingen dieser Arbeit beigetragen haben.
Weiterhin m6chte ich Herrn Professor Dr.rer.nat. G. K. Wolf, Herrn Dr.-Ing.
J. F6hl und Herrn Dipl.-Ing. K.-J. GroB fur die Zusammenarbeit beim Einsatz
ionenimplantierter Werkzeuge, bzw. bei der VerschleiBmessung danken.
Die Untersuchung wurde mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft und
des Kernforschungszentrums Karlsruhe gef6rdert.
Fridingen, April 1986
Harald Westheide
INHALTSVERZEICHNIS
Seite
Bezeichnungen und AbkUrzungen
11
Einleitung 13
2 Stand der Kenntnisse 16
3 Zielsetzung der Arbeit 21
4 VerschleiBmessung bei den durchgefQhrten Versuchen
unter BerQcksichtigung der VerschleiB-
erscheinungsformen 24
4.1 Allgemeine Betrachtung zum VerschleiB in der
Massivumformung 24
4.2 VerschleiB beim Stauchen zwischen ebenen Bahnen 25
4.3 VerschleiB beimNapf-RQckwarts-FlieBpressen 26
4.4 EinfluBfaktoren auf den VerschleiB 28
4.5 VerschleiBmeBverfahren 30
4.5.1 Geometriemessung 30
4.5.2 DQnnschicht-Differenzen-Verfahren 33
4.5.3 Schichtdicken-Vergleichs-Verfahren 37
4.5.4 Oberflachenmessungen 38
4.5.5 FehlereinfluBgrbBen und Fehlerabschatzung der
MeBverfahren 39
5 Versuchsbedingungen und Versuchsparameter 42
5.1 Umformverfahren und Bearbeitungsfolge 42
5.2 Versuchsstand und Maschine 43
5.3 Werkzeuge 43
5.4 Werkzeugwerkstoffe 44
5.5 Oberflachenbeschichtungen und Vorbehandlung der
Werkzeuge 45
5.5.1 Reaktionsschichten 47
5.5.1.1 Nitrieren und Nitrocarburieren 47
5.5.1.2 Vanadieren 52
5.5.1.3 Ionenimplantieren 54
5.5.2 Auflageschichten 58
5.5.2.1 Hartverchromen 58
- 10 -
5.5.2.2 CVD-Verfahren 60
5.5.2.3 PVD-Verfahren 64
5.6 Werkstuckwerkstoffe 67
5.7 Schmierstoffe 67
5.8 Spannungen und Temperaturen am Werkzeug 69
6 Versuchsergebnisse 70
6.1 Stauchen zwischen ebenen Bahnen 70
6.1.1 Versuche mit unbeschichteten Stauchbahnen 70
6.1.2 EinfluB des Nitrierens und Nitrocarburierens 71
6.1.3 EinfluB des Vanadierens 77
6.1.4 EinfluBdes Ionenimplantierens 80
6.1.5 EinfluB des Hartverchromens 84
6.1.6 EinfluBeiner CVD-Beschichtung 86
6.1.7 EinfluB einer PVD-Beschichtung 90
6.1.8 Vergleich der Beschichtungen beimStauchen 91
6.2 Napf-Ruckwarts-FlieBpressen 92
6.2.1 Versuche mit unbeschichteten Stempeln 92
6.2.2 EinfluB des Nitrierens und Nitrocarburierens 94
6.2.3 EinfluB des Vanadierens 105
6.2.4 EinfluB des Ionenimplantierens 108
6.2.5 EinfluB einer PVD-Beschichtung 112
6.2.6 Vergleich der Beschichtungen beimNapf-Ruckwarts-
FlieBpressen 115
7 Vergleich der Ergebnisse beimStauchen und Napf-
Ruckwarts-FlieBpressen und Ruckschlusse auf die
Verfahren der Kaltmassivumformung 118
8 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Modell des
systematischen Einsatzes von Beschichtungen 121
9 Zusammenfassung und Ausblick 126
Anhang 129
Schrifttum 134
- 11 -
AbkOrzungsverzeichnis
Allgemeine Zeichen
A mm Querschnittsflache
d mm Durchmesser
D mm Durchmesser
F N Kraft
h mm H6he
H mm Hub
HRC Harte (Rockwe11)
HV Harte (Vickers)
kf N/mm2 FlieBspannung
1 mm Lange
n Anzahl
R mm Radius
Ra 11m Mittenrauhwert
Rpm 11m gemittelte Glattungstiefe
Rz 11m gemittelte Rauhtiefe
p N/mm2 Flachenpressung
s mm Dicke
t s Zeit
T °C Temperatur
Tl/2 s,d Halbwertzeit
v mm/s Geschwindigkeit
W 11m VerschleiBbetrag
grd Winkel
Formanderung
Reibungszahl
N/mm2 Spannnung
Umformgrad
A Flacnen.•.
ges Gesamt...
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