Bild 2: Einfluss der Temperatur auf die Reibung. von 6 kW und erlaubt es, mit der vorhandenen Isolierung sowie Kühlung der Kraftmesstechnik, Werkzeugtemperaturen bis zu 400 °C zu untersuchen. Zusätzlich ist es möglich, die Proben mit Hilfe eines Ofens oder einer Induktionsanlage vorzuwärmen. Somit ist die Temperatur in der relevanten Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück einzustellen. Zur Überprüfung sowie Analyse der Temperatur ist die Anlage mit einem Oberflächenthermometer ausgerüstet, welches bei Beginn des Versuchs entfernt werden muss. Die Regelung der Temperatur erfolgt daher über einen Temperaturfühler unter den Gleitplatten. Ein Beobachten der Temperaturentwicklung während des Versuchs ist über ein integriertes Pyrometer oder mit einer externen Thermokamera möglich. Dies erlaubt lediglich eine Vermessung der Mantelfläche der Proben. Ein direktes Messen in der Kontaktzone ist bislang nicht möglich. 30 SchmiedeJOURNAL September 2014 Temperatureinfluss auf Schmierstoffe Eine Untersuchung des Einflusses der Temperatur erfolgt mit Hilfe der zuvor beschriebenen Gleitstauchversuche durch die Firma Filzek TRIBOtech. Betrachtet wurden drei verschiedene Schmierstoffe, die alle auf Proben aus 16MnCr5 mit einer Zinkphosphatschicht aufgebracht wurden. Der Temperaturbereich liegt zwischen der Raumtemperatur (25 °C) und 200 °C. Eine Erwärmung erfolgte von den Werkzeugen (Gleitplatte) und den Proben (im Ofen). Es ist darauf hinzuweisen, dass es sich um Anfangstemperaturen vor dem Versuch handelt. Durch das Stauchen wird zusätzliche Umformenergie in Wärme umgewandelt, wobei zugleich ein Abkühlen auftritt. Auch die Reibwärme ist nicht berücksichtigt. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die Werkzeugtemperatur auf Grund der größeren Masse die Temperaturveränderung dominiert. Zusätzlich wurden die Stempelkräfte variiert und es ergaben sich über die gesamte Kontaktfläche betrachtet mittlere Kontaktnormalspannungen zwischen 550 N/mm² und 1.400 N/mm² sowie Oberflächenvergrößerungen zwischen 2,2 und 4,5. Die Ergebnisse der Versuche zeigt Bild 2, wobei die angegebenen Reibwerte jeweils Mittelwerte aus den verschiedenen Lasten sind. Die Ergebnisse zeigen, dass von den drei betrachteten Schmierstoffsystemen Molybdändisulfid bei Raumtemperatur die höchste Reibung besitzt. Der Reibwert von Seife ist um 61 Prozent geringer. Polymer auf Zinkphosphat ist dazwischen einzuordnen. Diese Reihenfolge verändert sich auch bei einer Erwärmung von Proben oder Werkzeug nicht, wobei für alle drei Schmierstoffsysteme der Reibwert mit einer Erwärmung abfällt. Der Unterschied ist bei Polymer mit 45 Prozent am höchsten, bei Seife ist er mit 38 Prozent am geringsten, und der von Molybdändisulfid ist mit 42 Prozent dazwischen einzuordnen. Diese Reibwertreduzierung ist nicht unbegrenzt. Seife versagt bei 150 °C und Molybdändisulfid bei 200 °C (bei einigen Lastenprofilen). Die Belastungsgrenze des verwendeten Polymers ist hingegen in dieser Versuchsreihe noch nicht erreicht. Temperaturmessungen im Realversuch Die vorherigen Versuche zeigen den deutlichen Einfluss der Temperatur auf die Reibung. Folglich ist es von Bedeutung, deren Entwicklung im Prozess zu kennen. Entsprechend erfolgten bei der Firma Schondelmaier GmbH – Presswerk Messungen zur Entwicklung der Temperatur in realen mehrstufigen Prozessen. Das Ergebnis einer dieser Messungen ist exemplarisch in Bild 3 dargestellt. Die Temperaturverläufe sind die des Stempels der zweiten Stufe eines dreistufigen Umformprozesses während des Napfrückwärtsfließpressens. Hierzu ist ein Thermoelement in einer Bohrung in der Mittelachse des Stempels platziert worden. Der Abstand von 10 mm zur Spitze konnte auf Grund der hohen Druckbelastungen nicht weiter reduziert werden. Die Messergebnisse zeigen den kontinuierlichen Anstieg der Temperatur über die Produktionszeit. Hierbei stellen die einzelnen kleinen Zacken in den Verläufen jeweils einen Hub dar. Beim Polymer und beim Molybdändisulfid erfolgte ein kontinuierlicher und fehlerfreier Produktionsanlauf. Bei der Seife trat eine Störung auf, weswegen es zu einer Produktionsunterbrechung von ungefähr einer halben Minute kam. Diese erklärt den Temperaturabfall. Lediglich beim Molybdändisulfid begann wegen der durchgeführten Reihenfolge die Produktion bei Werkzeugtemperaturen unter 50 °C. Bei diesem dauert es bis zum Erreichen der stationären Temperatur 1,5 Minuten. In dieser Zeit sind durch die Hubzahl von 20 Hub/min bereits 30 Bauteile umgeformt. Die sich einstellende stationäre Temperatur im Stempel beim Napfrückwärtsfließpressen beträgt mehr Fachbeiträge Bild 3: Temperaturentwicklung über die Produktionszeit.
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