Oberflächenbehandlung von Umformwerkzeugen durch Festklopfen

• Main Author: Wied, Johannes
• Format: Others
• Language: German; de
• Published: 2011
• Online Access: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/2487/1/Dissertation_Johannes_Wied.pdf; Wied, Johannes <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Wied=3AJohannes=3A=3A.html> (2011): Oberflächenbehandlung von Umformwerkzeugen durch Festklopfen.Darmstadt, Technische Universität, [Ph.D. Thesis]

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das Festklopfverfahren zur Oberflächenbehandlung von karosserietechnischen Umformwerkzeugen untersucht. Es war das Ziel, den Einfluss der Prozessparameter auf die Oberflächen- und Randschichteigenschaften metallischer Werkstücke zu ermitteln. Aus den Ergebnissen der Untersuchungen wurden geeignete Parameterkombinationen für die Festklopfbearbeitung realer Umformwerkzeuge abgeleitet, um damit das wirtschaftliche und technische Potential des Verfahrens als Ersatz für das bisher eingesetzte manuelle Oberflächenfinish umzusetzen. An die Oberflächengüte von Ziehwerkzeugen für die Herstellung von Karosserie¬blechteilen werden hohe Anforderungen gestellt. Die Funktionsflächen sollten eine definierte Oberflächenstruktur besitzen, um eine gleichbleibende Qualität der produzierten Bauteile zu gewährleisten und Verschleißerscheinungen des Werkzeugs zu minimieren. Deshalb wird momentan das Festklopfverfahren erprobt, um das bisher eingesetzte zeit- und kostenintensive manuelle Oberflächenfinish nach der Fräsbearbeitung von Ziehwerkzeugen zu reduzieren. Das Festklopfverfahren gehört zur Gruppe der mechanischen Oberflächen¬behandlungen und befindet sich aktuell im Entwicklungsstadium. Bislang wurden weder Erfahrungen mit der Festklopfbearbeitung realer Umformwerkzeuge noch quantitative Zusammenhänge zur Bestimmung geeigneter Prozessparameter veröffentlicht. Die Effekte mechanischer Oberflächenbehandlung (Erzeugung oberflächennaher Druckeigen¬spannungen, Kaltverfestigung der Randschicht, Einglättung bzw. Strukturierung der Oberfläche) resultieren aus der plastischen Verformung der Werkstückrandschicht beim Kontakt mit dem Werkzeug. Im Sinne der Zielsetzung dieser Arbeit wurden bekannte kontaktmechanische Zusammenhänge recherchiert, experimentelle Untersuchungen und FEM-Simulationen durchgeführt, um den Einfluss und die Wechselwirkungen der zahlreichen Festklopfparameter aufzuklären. Die Untersuchungen ergaben, dass ein Zielkonflikt zwischen der Einglättungs- und Verfestigungswirkung bei der Wahl der Parameter für die Festklopfbearbeitung existiert. Um eine optimale Einglättung zu erreichen, muss die Aufprallenergie genau so eingestellt werden, dass sie zur Einebnung der Fräsriefen ausreicht und nicht zur Erzeugung ausgeprägter Materialanhäufungen zwischen den Klopfbahnen führt. Wenn dagegen die Verfestigung im Fokus der Festklopfbearbeitung steht, ist eine möglichst große Aufprallenergie zu wählen. Ein geringer Abdruckabstand steigert sowohl die Einglättungs- als auch die Verfestigungswirkung der Festklopfbearbeitung zu Lasten einer langen Bearbeitungsdauer. Die Wahl der Prozessparameter stellt also einen Kompromiss aus Einglättung, Verfestigung und Bearbeitungsdauer dar. Aus den Ergebnissen der durchgeführten Experimente und Simulationen wurden grundlegende Zusammenhänge zur Bestimmung der Prozessparameter in Bezug auf die Bearbeitungsaufgabe für ein optimales Kosten-Nutzen-Verhältnis abgeleitet. Die Eignung des Festklopfverfahrens für das Oberflächenfinish von Umformwerkzeugen und die Gültigkeit der vorgestellten Beziehungen wurden durch Produktionsversuche an realen Ziehwerkzeugen verifiziert. Mit den festgeklopften Ziehwerkzeugen ließen sich nach stark verringerter manueller Nacharbeit einwandfreie Karosseriebauteile herstellen. Insgesamt wurden die Durchlaufzeit und die Bearbeitungskosten im Vergleich zum konventionellen Prozess erheblich reduziert und technologische Vorteile wie die Erhöhung der Randschichthärte nachgewiesen.