TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT Bild 1: Schematischer Aufbau des Musterprozesses um 770 Prozent. Mit einem freien Reduzieren wird in der dritten Umformstufe der Schaft auf einen Durchmesser von 17,3 mm geformt. Neben den bereits genannten Lasten treten während der zweiten Stufe des Prozesses am Stempel Temperaturen von über 350 °C auf. Diese wurden mittels Temperatursensoren, die in die Werkzeuge (Bild 1) eingebracht wurden, im Prozess gemessen. Als Werkstückmaterial kam 16MnCr5 zum Einsatz. Die auftretenden Lasten wurden zuvor mittels Gleitstauchversuchen simuliert und somit die im Projekt entwickelten Schmierstoffe auf Salz-Wachs, Polymer und MoS2 Basis evaluiert. Dieses am Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen entwickelte Tribometer ist speziell auf die Lasten der Kaltmassivumformung ausgelegt 7. Die Ergebnisse sind in Bild 2 dargestellt. Dabei wurde auf eine, auf einer ebenen Platte stehende zylindrische Probe eine Stauchkraft von 450 kN aufgebracht. Anschließend erfuhr die Platte unter Aufrechterhaltung der Kraft eine translatorische Bewegung mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/s. Durch die Stauchkraft vergrößert sich die Probenoberfläche und der Schmierstoff wird, wie in Bild 2: Vergleich zwischen phosphatfreien und phosphatbasierenden Schmierstoffsystemen einem realen Prozess, ausgedünnt. Die für die Bewegung der Platte notwendige Kraft FR wird gemessen und ergibt, dividiert durch die aufgebrachte Stauchkraft FN, nach dem Gesetz von Coulomb den Reibkoeffizient μ. μ = FR/FN In Bild 2 sind die Einschichtschmierstoffe etablierten Systemen mit Zinkphosphat (ZnP) als Konversionsschicht und jeweils MoS2, Salz-Wachs und Polymer als Schmierstoff gegenübergestellt. Jeder einzelne Balken stellt die Mittelwerte der Reibkoeffizienten von jeweils fünf Versuchen dar, die angegebenen Streubalken repräsentieren Maxima und Minima. Für MoS2 sind diese nahezu identisch. Im Fall von Polymer konnten die Werte ohne ZnP sogar um 20 Prozent von 0,056 auf 0,045 gesenkt werden. Bei Salz-Wachs ist hingegen eine Zunahme von μ erkennbar. Grundsätzlich konnten alle Versuche ohne das Auftreten von Verschleiß durchgeführt werden und zeigen damit die Eignung, den Lasten der einzelnen Stufen des Musterprozesses standzuhalten. Bild 3: Beschichtungskonzept für die Inline-Schmierung 52 massivUMFORMUNG | MÄRZ 2016
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