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Studie: Festigkeit von Werkzeugstählen für die Kaltmassivumformung

Status abgeschlossen
Ziele

1. Senkung der Kosten für Umformwerkzeuge
Insgesamt verfolgt diese Studie schlussendlich das Ziel, die Wirtschaftlichkeit der Kaltmassivumformung zu steigern. Dies soll durch eine Senkung der Kosten für die Umformwerkzeuge erreicht werden. Diese wiederum können durch eine Erhöhung der Standzeiten reduziert werden. Die richtige Auswahl des Werkzeugwerkstoffs und die richtige Behandlung dieses Werkstoffs sind die Kriterien für dieses Ziel. Hierzu werden die in den nachfolgenden technologischen Zielen definierten Kennwerte ermittelt. So dient diese Studie zwar zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit, ein direkter Nachweis hierzu kann jedoch nicht geführt werden.

2
. Ermittlung der statischen Festigkeitskennwerte für ausgewählte Kaltumform-Werkzeugstähle (Kaltarbeitsstähle und pulvermetallurgische Stähle)
Im Rahmen der Studie sollen anhand von Zug- und Druckversuchen die Spannungs-Dehnungs-Verläufe und Fließkurven von Werkzeugstählen bestimmt werden. Als charakteristische Werkstoffkennwerte werden die Dehngrenzen Rp 0,01, Rp 0,02, Rp 0,05, Rp 0,1 und Rp 0,2, sowie die Zug- und Druckfestigkeit und die Bruchdehnung der Stähle ermittelt.

3. Erweiterte Untersuchungen zum Einfluss von Eigenspannungen und zur Festigkeitsabnahme durch Stauchen

In zwei Arbeitspunkten sollen folgende Gesichtspunkte der Werkstoffprüfung
vertieft untersucht werden:

1. Der Einfluss von Eigenspannungen und der Effekt des Spannungsarmglühens, das
von vielen Betrieben nach materialabtragenden Bearbeitungsschritten
durchgeführt wird, wurde am Beispiel des Werkstoffs 1.3343 analysiert. Hierzu
wurden die Eigenspannungen vor und nach einem Spannungsarmglühen von 30-50°C
unter der Anlasstemperatur (2 Stunden) gemessen sowie Zug- und Druckversuche
mit den Proben zur Bestimmung der Festigkeit und Bruchdehnung durchgeführt.

2. In den Stauchversuchen wurde bei vielen Werkstoffen eine Festigkeitsabnahme
mit zunehmender Stauchung beobachtet. Mittels Härtemessungen und
mikroskopischen Untersuchungen an Proben mit verschiedenen Stauchgraden wurde
dieser Effekt verifiziert. Durch die mikroskopischen Untersuchungen ergaben
sich auch Hinweise auf das Werkstoffversagen.

4. Ermittlung der dynamischen Festigkeit von Werkzeugstählen
In der Kaltmassivumformung ist die Kenntnis über die Werkstoffkennwerte sowie der Ermüdungsfestigkeiten der verwendeten Werkzeugstähle eine wichtige Voraussetzung, um Umformprozesse kostenoptimal auszulegen. In der zugrundeliegenden Studie wurde das Ermüdungsverhalten zweier pulvermetallurgisch hergestellter Werkzeugstähle, des ASP2023 und des CPM1V, in einem Laborversuch quantifiziert. Neben werkstoffspezifischen Unterschieden wurde insbesondere der Einfluss des Lastkollektivs ermittelt.


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