Forum Bild 2: Gegenüberstellung der konventionellen Beschichtungsfolge und des neuartigen Konzepts. Bild: PtU, Technische Universität Darmstadt SchmiedeJOURNAL September 2013 11 • Entwicklung neuer Werkstück- sowie Werkzeugwerkstoffe, • Erweiterung der Verfahrensgrenzen durch optimierte Schmierung und Tribologie sowie Pressentechnologie, • Entwicklung von topologieoptimierten Bauteilen durch Nutzung moderner FEMMethoden und fortschrittlichen Belastungssimulationen, • Reduktion von Prozessschritten durch kombinierte Fließpressverfahren. Mit der Gründung der GCFG im Oktober 2003 wurde die Voraussetzung geschaffen, sich diesen Herausforderungen gemeinsam mit Wissenschaft und Wirtschaft in einer vorwettbewerblichen Zusammenarbeit zu stellen. Unternehmen und Hochschulen haben sich in der GCFG zum Ziel gesetzt, durch gemeinsame Forschungsaktivitäten und damit Förderung des wissenschaftlich technischen Nachwuchses die anspruchsvolle Fertigungstechnologie der Kaltmassivumformung weiterzuentwickeln und in Richtung Wirtschaftlichkeit, Time to Market und Qualität zu verbessern. Die GCFG verfügt durch Mitgliedsbeiträge über eine finanzielle Basis, mit der Studien an Hochschulinstituten finanziert werden. Darüber hinaus nutzt die GCFG die Strukturen der Forschungsgesellschaft Stahlverformung e. V., um Gemeinschaftsprojekte mit öffentlichen Fördermitteln (AiF/BMWi, FOSTA und andere) zu initiieren und zu begleiten. In den letzten zehn Jahren wurden 24 Studien und vier Forschungsprojekte mit einem Gesamtvolumen von zirka 1,25 Mio. Euro abgeschlossen, aktuell laufen in der GCFG sieben Studien und sechs Forschungsvorhaben. In Workshops und regelmäßigen Erfahrungskreisen wie dem FEM-Userkreis können die Unternehmen aktuelle Fragestellungen diskutieren und Erfahrungen austauschen. In aktuell vier Arbeitsgruppen zu den Themenbereichen Tribologie, Werkzeuge, Verfahren und Werkstoffe/ Qualität diskutieren Umformer, Dienstleister und Hochschulen den Stand der Technik, entwickeln diese in den Projekten weiter und nutzen die Plattform zum Erfahrungsaustausch. Die Beherrschung tribologischer Phänomene ist eine entscheidende Voraussetzung für die erfolgreiche Nutzung von Verfahren der Kaltmassivumformung. Insbesondere in Fließpressprozessen herrschen außerordentlich herausfordernde Bedingungen bezüglich Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeugen und Werkstücken, Temperatur, Oberflächenvergrößerung und Kontaktnormalspannung. Der wirtschaftliche Erfolg eines Kaltmassivumformprozesses hängt daher maßgeblich an der geschickten Auswahl und Gestaltung des tribologischen Systems. Dazu sind Parameter wie Oberflächenvorbehandlung, Schmiermittelzusammensetzung und -menge, Geschwindigkeiten und Oberflächenvergrößerungen geeignet zu wählen. Mit der Auswahl und Weiterentwicklung der Gestaltungsmöglichkeiten und Prognosemethoden beschäftigt sich schwerpunktmäßig die Arbeitsgruppe Tribologie. In bereits abgeschlossenen Projekten konnten auf Basis eines besseren Verständnisses über die physikalisch chemische Interaktion der Schmierstoffe in der Wirkfuge zwischen Werkzeug und Halbzeug neuartige Beschichtungskonzepte mit deutlich reduzierten Durchlaufzeiten qualifiziert werden. Durch den im Bild 2 dargestellten Verzicht auf eine frischwasser, energie- sowie chemikalienintensive Badführung wird es möglich, kostengünstiger, flexibler sowie umweltverträglicher zu fertigen. Das bessere Prozessverständnis ist ferner die Grundlage, um Verfahren wie die oszillierende Kaltmassivumformung weiterzuentwickeln und die Möglichkeiten neuer Umformmaschinen wie die Servopressen auszunutzen. Dem Umformwerkzeug kommt in der Kaltmassivumformung eine Schlüsselrolle zu, da es die Fertigungsgenauigkeit und die Wirtschaftlichkeit des Fertigungsprozesses maßgeblich bestimmt. Durch die hohen wirkenden Umformkräfte und die zyklische Beanspruchung wird die Werkzeuglebensdauer unter anderem durch Ausbrüche, plastische Deformationen, Ermüdung oder Verschleiß begrenzt. Die Arbeitsgruppe Werkzeuge behandelt in diesem Zusammenhang Fragestellungen, wie die Werkzeuglebensdauer erhöht und deren Streuung begrenzt werden können. Neben einer unmittelbaren Reduzierung der Werkzeugkosten wird hierdurch eine Verbesserung der Planbarkeit des Umformprozesses angestrebt. Dabei stehen Armierungs- und Beschichtungssysteme sowie Werkzeugwerkstoffe im Fokus der Untersuchungen. Aktuelle Forschungsaktivitäten umfassen neben Projekten zur Werkzeugherstellung die Untersuchungen zum Einsatz von Werkzeugwerkstoffen. Da die Auslegung von Umformwerkzeugen neben statischen Materialkennwerten Kenntnisse über das dynamische Festigkeitsverhalten erfordert, wird in einer Studie das Ermüdungsverhalten von Werkzeugstählen untersucht. Insbesondere wird hierbei der Einfluss des Lastkollektivs auf die
2013-09-Schmiede-Journal
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