Einfluß von Oberflächenbeschichtungen auf den Werkzeugverschleiß bei der Massivumformung PDF
Preview Einfluß von Oberflächenbeschichtungen auf den Werkzeugverschleiß bei der Massivumformung
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 DasWerkist urheberrechtlichgeschOtzt.Diedadurch begrOndetenRechte, insbesondere diederObersetzung, des Nachdrucks,der Entnahme vonAbbildungen,derFunksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ahnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagenbleiben,auch beinurauszugsweiserVerwendung,vorbehalten. DieVergOtungsansprOchedes§54,Abs.2UrhGwerdendurchdie"Verwertungsgesellschaft Wort",MOnchen,wahrgenommen. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg1986. . UrsprtinglicherschienenbeiSpringer-VerlagBerlinHeidelbergNewYork1986. DieWiedergabevonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.indiesem Werkberechtigtauch ohne besondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,daBsolche NamenimSinnederWarenzeichen-undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachten warenunddahervonjedermannbenutztwerdendOrften. Gesamtherstellung:CopydruckGmbH,Offsetdruckerei,IndustriestraBe1-3,7258Heimsheim Telefon07033/3825-26 2362/3020-543210 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... lnnen••.
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