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www.utfscience.de III/2010 Behrens et al.: Erhöhung der Verschleißfestigkeit… S.1/12 Verlag Meisenbach GmbH, Franz-Ludwig-Str. 7a, 96047 Bamberg, www.umformtechnik.net Erhöhung der Verschleißfestigkeit beim Scherschneiden durch aktivgelötete Keramik- und Hartmetall-Schneidstempelinlays B.-A. Behrens 1 , R. Krimm 1 , T. Pielka 1 , Fr.-W. Bach 2 , K. Möhwald 2 , J. Schaup 2 1 Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Leibniz Universität Hannover (IFUM) 2 Institut für Werkstoffkunde, Leibniz Universität Hannover (IW) Das Scherschneiden von hoch- und höchstfesten Blechwerkstoffen führt zu einem erhöhten Verschleiß der Aktivschneidelemente und somit zu einer geringeren Standmenge der Werkzeuge als beim Schneiden von herkömmlichen Blechqualitäten. Vom Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) und vom Institut für Werkstoffkunde (IW) der Leibniz Universität Hannover wurden Basisstempel aus kostengünstigem Material durch partielle Integration von Hartmetallen und Keramiken mittels stoffschlüssigen Fügens modifiziert und Verschleißuntersuchungen mit Blechwerkstoffen unterschiedlicher Festigkeiten unterzogen. Für bestimmte Kombinationen aus Blechwerkstoff und Schneidelement konnte so der Verschleiß minimiert und somit die Standmenge der Werkzeuge erheblich erhöht werden. Es zeigte sich allerdings auch, dass eine Vorhersage der Standmenge von mit Keramik modifizierten Schneidstempeln für die betrachteten Blechwerkstoffe aufgrund der Bruchmechanik keramischer Werkstoffe teilweise nicht möglich ist. Es können lediglich Prozessmerkmale identifiziert werden, die ein Versagen begünstigen. Die Auswertung der Schneidversuche umfasste neben einer Simulation des Schneidvorgangs die Messung der Prozesskräfte sowie eine Mikrohärtemessung in der Schneidzone mit entsprechenden Schliffbildern. Schlüsselwörter: Scherschneiden, Aktivlöten, technische Keramik, hochfeste Stähle Einleitung Durch heutige industrielle Anforderungen, wie dem Trend zum Leichtbau, werden in der blechverarbeitenden Industrie, insbesondere im Automobilbau, vermehrt hoch- und höchstfeste Blechwerkstoffe eingesetzt [Jac-00]. Das Scherschneiden wird häufig für die Herstellung von Bauteilen mit großer Stückzahl eingesetzt. Diese ist von der Standmenge der Schneidwerkzeuge abhängig [Gil-99]. In der Praxis werden für das Schneiden hoch- und höchstfester Blechwerkstoffe beschichtete Schneidstempel oder Schneidstempel aus teuren Stempelmaterialien, wie PM-Stählen, verwendet, um den erhöhten Verschleiß zu kompensieren. Für eine wirtschaftlichere Gestaltung der Schneidstempel wurde die partielle Integration von Hartmetallen und Keramiken mittels stoffschlüssigen Fügens (Aktivlötens) in Basisstempel aus kostengünstigen Grundwerkstoffen untersucht. Neben der Auswirkung auf

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Erhöhung der Verschleißfestigkeit beim Scherschneiden durch aktivgelötete Keramik- und Hartmetall-Schneidstempelinlays

B.-A. Behrens1, R. Krimm1, T. Pielka1, Fr.-W. Bach2, K. Möhwald2, J. Schaup2

1 Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Leibniz Universität Hannover (IFUM)

2 Institut für Werkstoffkunde, Leibniz Universität Hannover (IW)

Das Scherschneiden von hoch- und höchstfesten Blechwerkstoffen führt zu einem erhöhten

Verschleiß der Aktivschneidelemente und somit zu einer geringeren Standmenge der

Werkzeuge als beim Schneiden von herkömmlichen Blechqualitäten. Vom Institut für

Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) und vom Institut für Werkstoffkunde (IW) der

Leibniz Universität Hannover wurden Basisstempel aus kostengünstigem Material durch

partielle Integration von Hartmetallen und Keramiken mittels stoffschlüssigen Fügens

modifiziert und Verschleißuntersuchungen mit Blechwerkstoffen unterschiedlicher

Festigkeiten unterzogen. Für bestimmte Kombinationen aus Blechwerkstoff und

Schneidelement konnte so der Verschleiß minimiert und somit die Standmenge der

Werkzeuge erheblich erhöht werden. Es zeigte sich allerdings auch, dass eine Vorhersage

der Standmenge von mit Keramik modifizierten Schneidstempeln für die betrachteten

Blechwerkstoffe aufgrund der Bruchmechanik keramischer Werkstoffe teilweise nicht möglich

ist. Es können lediglich Prozessmerkmale identifiziert werden, die ein Versagen begünstigen.

Die Auswertung der Schneidversuche umfasste neben einer Simulation des

Schneidvorgangs die Messung der Prozesskräfte sowie eine Mikrohärtemessung in der

Schneidzone mit entsprechenden Schliffbildern.

Schlüsselwörter: Scherschneiden, Aktivlöten, technische Keramik, hochfeste Stähle

Einleitung

Durch heutige industrielle Anforderungen, wie dem Trend zum Leichtbau, werden in der

blechverarbeitenden Industrie, insbesondere im Automobilbau, vermehrt hoch- und

höchstfeste Blechwerkstoffe eingesetzt [Jac-00]. Das Scherschneiden wird häufig für die

Herstellung von Bauteilen mit großer Stückzahl eingesetzt. Diese ist von der Standmenge

der Schneidwerkzeuge abhängig [Gil-99]. In der Praxis werden für das Schneiden hoch- und

höchstfester Blechwerkstoffe beschichtete Schneidstempel oder Schneidstempel aus teuren

Stempelmaterialien, wie PM-Stählen, verwendet, um den erhöhten Verschleiß zu

kompensieren. Für eine wirtschaftlichere Gestaltung der Schneidstempel wurde die partielle

Integration von Hartmetallen und Keramiken mittels stoffschlüssigen Fügens (Aktivlötens) in

Basisstempel aus kostengünstigen Grundwerkstoffen untersucht. Neben der Auswirkung auf

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die Standmenge sowie das Schneidergebnis, lag ein Arbeitsschwerpunkt auf der Nutzung

aktueller Entwicklungen im Bereich keramischer Schneidstoffe sowie der Fügetechnik von

Metall/Keramik- und Metall/Metall-Verbunden. Bedingt durch die hohe Sprödigkeit

keramischer Werkstoffe werden hohe Anforderungen, besonders bei der Erzeugung von

Keramik/Metall-Compositen, an die Verbindungstechnik gestellt. Hinzu kommt, dass für

einen stoffschlüssigen Metall/Keramik-Verbund zwei Werkstoffe mit extrem unterschiedlichen

physikalischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Wärmeausdehnung, gefügt

werden, was gerade im Hinblick auf die Lebensdauer des Verbundes besondere

Schwierigkeiten aufwirft [Wil-86; Div-88; Nic-90]. Im Sonderforschungsbereich 489

„Prozesskette zur Herstellung präzisionsgeschmiedeter Hochleistungsbauteile“ konnte vom

IW und IFUM bereits erfolgreich gezeigt werden, dass sich mittels Aktivlötens

Verbundwerkzeuge aus Keramik (Si3N4) und Stahl (1.2379 sowie X38CrMoV 5-3) für das

Scherschneiden sowie das Präzisionsschmieden herstellen lassen, welche zu einer

deutlichen Erhöhung der Verschleißfestigkeit führen [Bac-07].

Entwicklung eines Versuchswerkzeugs

Für die Durchführung der Scherschneiduntersuchungen wurde auf Basis eines Vier-Säulen-

Führungsgestells ein modulares Werkzeug konstruiert und gebaut (Bild 1).

Kopfplatte

Stickstoffzylinder

Schneidstempel

Matrize

Niederhalterplatte

Grundplatte

Säulenführung

Kopfplatte

Stickstoffzylinder

Schneidstempel

Matrize

Niederhalterplatte

Grundplatte

Säulenführung

Bild 1: Werkzeug in der Versuchspresse

Der modulare Aufbau dieses Werkzeugs ermöglicht einen schnellen Austausch der

Aktivschneidelemente ohne dessen Zerlegung. Zur Aufbringung der Niederhalterkraft wurden

Stickstoffzylinder eingesetzt, um ohne Ausbau des Werkzeugs aus der Presse die

Niederhalterkraft an die Schneidkraft anpassen zu können. Des Weiteren bietet das

Werkzeug die Möglichkeit, den Schneidspalt auf einfache Weise mittels Variation der

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Schneidmatrize einzustellen. Zur Messung und Aufzeichnung von Prozesskräften wurde ein

Kraftsensor im direkten Kraftfluss zwischen Stempel und Kopfplatte im Werkzeug integriert.

Modifizierung der Schneidstempel

Für die Modifizierung der Schneidstempel wurden Si3N4 und ZrO2 sowie WCCo eingesetzt.

Aufgrund der unterschiedlichen Bindungsverhältnisse und Oberflächenenergien des

metallischen Lots und der Keramik- und Hartmetall-Scheiben erfolgt mit konventionellen

metallischen Loten keine Benetzung, sodass die Fügepartner mit dem Aktivlot CB4

(Zusammensetzung: Ag70,5Cu26,5Ti3) gelötet wurden. Das Aktivlot modifiziert die Keramik-

bzw. Hartmetall-Oberfläche derart, dass eine Benetzung ermöglicht wird. Da Aktivlote keine

guten Fließeigenschaften besitzen, muss das Lot vor dem Lötprozess möglichst genau

zwischen den zu fügenden Komponenten platziert werden. Zu diesem Zweck wurde die in

Bild 2 dargestellte Lötlehre angefertigt, welche es erlaubt, die Scheiben zentrisch auf die

Basisstempel zu löten.

Basisstempel

Schneidelement aus Keramik

Nut im Bereich der Fügezone

Nut zum Ausrichten von Basistempel und Inlay

Lotfolie

Basisstempel

Schneidelement aus Keramik

Nut im Bereich der Fügezone

Nut zum Ausrichten von Basistempel und Inlay

Lotfolie

Bild 2: Lötlehre zur Positionierung von Stempel und Schneidelement

Der Lötprozess wurde in einem Vakuumofen durchgeführt, in welchem sich Restgasdrücke

von <10-4 mbar realisieren lassen. Die Löttemperatur betrug 900 °C, die Lötzeit 15 Minuten.

Beim Erreichen der Löttemperatur kommt es zu einer verstärkten Diffusion des

Aktivelements Titan im schmelzflüssigen Lot und im weiteren Verlauf zur Bildung einer fest

haftenden Reaktionsschicht.

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Versuchsparameter

Die Scherschneidversuche wurden mit einem Stanzautomaten durchgeführt (Bild 3). Für die

Schneiduntersuchungen wurden folgende Prozess- und Versuchsparameter festgelegt:

Schneidgeometrie: Ø10 mm Kreisgeometrie, Hubzahl: 100 Hub/min, Niederhalterkraft: 20 %

der Schneidkraft, relativer Schneidspalt: 8 % der Blechdicke.

Mit H400 (höherfester mikrolegierter Stahl), DP600 (Dualphasenstahl) sowie MS-W1200

(Martensitphasenstahl) wurden drei verschiedene Blechwerkstoffe für die Schneidversuche

eingesetzt, wobei Untersuchungen mit Ausgangs- (Prelube) und Zusatzbeölung stattfanden.

Stanzautomat

Pressensteuerung

Abwickelhaspel mit Coil

Blech

Stanzautomat

Pressensteuerung

Abwickelhaspel mit Coil

Blech

Bild 3: Stanzautomat RHS 630

Einzelschnitte und Optimierung

In der ersten Phase der Schneidversuche wurden Scheiben mit einem Durchmesser von

10 mm und einer Höhe von 6 mm verwendet, welche auf Trägerstempel aus 1.2379 gelötet

wurden. Pro Versuchsreihe wurden zunächst 1.000 Schnitte durchgeführt.

Ausgehend von den Ergebnissen dieser Versuchsreihen wurden Optimierungsmaßnahmen

umgesetzt. Die Geometrie der Schneidelemente wurde dahingehend verändert, dass die

Scheibenhöhe auf 3,5 mm reduziert wurde. Dies erfolgte vor dem Hintergrund, dass bei

keramischen Werkstoffen mit zunehmendem Bauteilvolumen auch die Wahrscheinlichkeit für

das Vorhandensein kritischer Defekte zunimmt. Des Weiteren wurden die Schneidkanten der

Keramikscheiben mit einer Fase (0,1 mm * 45 °) versehen, um Spannungsspitzen beim

Schneiden zu vermeiden, welche bevorzugt an scharfen Kanten auftreten und sich ungünstig

auf die Standmenge auswirken. Bei den Hartmetallscheiben wurde die Höhe auf 3,5 mm

reduziert, eine Fase wurde nicht angebracht. Der Durchmesser aller Scheiben von 10 mm

blieb unverändert. Darüber hinaus wurde die Stempelgeometrie für die Versuche mit dem

Blechwerkstoff MS-W1200 an die Prozesskräfte angepasst, indem der Stempelkörper

massiver ausgeführt wurde, um ein Stauchen zu verhindern.

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Verschleißuntersuchungen

Bei den Verschleißversuchen betrug die angestrebte Schnittzahl 100.000, wobei pro

Kombination jeweils zwei Versuchsreihen durchgeführt wurden. Tabelle 1 zeigt die bei den

Verschleißuntersuchungen erreichten Schnittmengen.

Tabelle 1: Erreichte Hubzahlen bei den Verschleißuntersuchungen

Werkstoff

Blechdicke

Versuchsreihe

H400

1,5 mm

1

H400

1,5 mm

2

DP600

1 mm

1

DP600

1 mm

2

MS-W1200

2 mm

1

MS-W1200

2 mm

2

Si3N4

2.000

40.200

100.000

100.000

1

1

ZrO2

100.000

31.400

100.000

100.000

1

3

WCCo

100.000

68.200

100.000

100.000

120

60

HSS Vollmaterial

-

-

100.000

100.000

-

-

Da beim Blechwerkstoff DP600 alle Stempel die gewünschte Schnittzahl von 100.000

erreichten, wurden zusätzlich Referenzstempel aus einem Schnellarbeitsstahl (HSS)

eingesetzt. Bild 4 zeigt, dass die Keramikstempel nach 100.000 Schnitten lediglich

Verfärbungen, jedoch keinerlei sicht- und messbare Verschleißerscheinungen aufweisen.

Der WCCo-Stempel weist dagegen leichten abrasiven Mantelflächenverschleiß auf. Beim

HSS-Referenzstempel ist diese Verschleißform am stärksten ausgeprägt. Hier ist die

Schneidkante auch ungleichmäßig verrundet. Beim Schneiden von H400 gab es sehr große

Unterschiede bezüglich der erreichten Standmenge, welche sich zwischen 2.000 und

100.000 bewegte. Die Stempel versagten plötzlich ohne eine vorherige Verschlechterung der

Schnittflächenqualität. Prozessstörungen, wie beispielsweise das Anschneiden eines

Butzens oder ein einseitiges, teilflächiges Anschneiden des Bleches mit dem Stempel führte

zu sofortigen Ausfällen. Für das Schneiden von MS-W1200 erwiesen sich alle Stempel als

ungeeignet. Bei sämtlichen Kombinationen kam es beim ersten oder innerhalb weniger Hübe

zum Stempelversagen. Neben den Untersuchungen mit der Ausgangsbeölung wurden

Standmengenuntersuchungen mit zwei Stanz- und Feinschneidölen für den Blechwerkstoff

H400 durchgeführt, welche allerdings zu keiner Verbesserung der Ergebnisse führten.

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Si3N4 ZrO2 WCCo HSSSi3N4 ZrO2 WCCo HSS

Bild 4: Stempel nach Erreichen von 100.000 Schnitten in DP600

2.3.3 Standmengenversuch ZrO2-Schneidelement/DP600

Für die Kombination ZrO2-Schneidelement/DP600 wurde ein Versuch mit 100 Hub/min

durchgeführt, welcher nach 500.000 Hüben beendet wurde. Während die Keramik keinen

sichtbaren Verschleiß zeigt, weist der HSS-Referenzstempel dagegen schon nach 100.000

Hüben deutlichen Verschleiß an der Mantelfläche sowie ungleichmäßige Verrundungen der

Schneidkante auf (Bild 5).

ZrO2 nach 0,5 Mio. Schnitten

Mantelflächenverschleiß

Schneidkantenabrundung

Kein Mantelflächenverschleiß

Fase, nicht verschlissen

HSS nach 0,1 Mio. SchnittenZrO2 nach 0,5 Mio. Schnitten

Mantelflächenverschleiß

Schneidkantenabrundung

Kein Mantelflächenverschleiß

Fase, nicht verschlissen

HSS nach 0,1 Mio. Schnitten

Bild 5: Vergleich ZrO2-Stempel und HSS-Referenzstempel

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Die hohe Verschleißbeständigkeit von ZrO2 und dessen Maßhaltigkeit nach 500.000

Schnitten stellen eine deutliche Verbesserung des Standes der Technik dar.

Auswertung der Prozesskraftverläufe

Die Schneidversuche wurden hinsichtlich der Eignungsbewertung der Inlaywerkstoffe für das

Schneiden von hoch- und höchstfesten Stahlblechwerkstoffen ausgewertet. Dies beinhaltete

die Beurteilung der Schnittflächenqualität nach VDI 2906, die Analyse der Prozesskräfte, die

Simulation des Prozesses und die Messung der Mikrohärte in der Schnittzone.

Die Betrachtung der Schnittflächenqualität nach VDI 2906 zeigte, dass anhand der

Kennwerte keine vom Inlaywerkstoff abhängigen Einflüsse auf die Schnittflächenkenngrößen

festgestellt werden können. Einzige Ausnahme stellt die Breite des Kanteneinzugs beim

Schneiden des Blechwerkstoffes DP600 dar. Hier erzeugen die mit einer Fase versehenen

Schneidkanten der Keramikinlays einen breiteren Kanteneinzug als beim Schneiden mit

einem WCCo-Stempel, der über keine Fase verfügt.

Die Bilder 6 und 7 zeigen die Prozesskraftverläufe beim Schneiden mit unterschiedlichen

Schneidstempelinlay/Blechwerkstoff-Kombinationen. Es ist zu erkennen, dass der

Inlaywerkstoff zu keiner wesentlichen Beeinflussung des Schneidkraftverlaufs führt.

Ausnahme bildet hier der Stempel mit WCCo-Inlay, der im Gegensatz zu den Keramikinlays

nicht über eine Fase an der Schnittkante verfügt (Bild 7).

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2

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Zeit [ms]

Kra

ft [

kN]

ZrO2/DP600

ZrO2/H400

ZrO2/DP600

ZrO2/H400

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Zeit [ms]

Kra

ft [

kN]

ZrO2/DP600

ZrO2/H400

ZrO2/DP600

ZrO2/H400

 

Bild 6: Prozesskraftverlauf beim Schneiden von DP600 und H400 mit einem ZrO2-

Schneidstempelinlay

 

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0 10 20 30 40 50 60

Zeit [ms]

Kra

ft [

kN]

Si3N4/H400WCCo/H400ZrO2/H400

Si3N4/H400

ZrO2/H400WCCo/H400

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0 10 20 30 40 50 60

Zeit [ms]

Kra

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kN]

Si3N4/H400WCCo/H400ZrO2/H400

Si3N4/H400

ZrO2/H400WCCo/H400

Bild 7: Prozesskraftverlauf beim Schneiden von H400 mit unterschiedlichen

Schneidstempelinlay-Werkstoffen

Unabhängig vom verwendeten Inlaywerkstoff zeigen sich grundsätzliche Unterschiede

zwischen den Prozesskraftverläufen beim Schneiden von DP600 und H400 (Bild 6). Als

Folge der geringeren Werkstoffdicke und der höheren Festigkeit (geringerer

Glattschnittanteil) ist die Zeit zwischen dem Aufsetzen des Stempels und dem Blechabriss

bei DP600 kürzer als bei H400.

Darüber hinaus lassen sich vom Blechmaterial bedingte Charakteristika feststellen, die bei

allen drei Stempelinlaywerkstoffen auftreten. Zum Einen ist die maximale Prozesskraft beim

Blechwerkstoff H400 höher als bei DP600, zum Anderen ist bei diesem Werkstoff die Phase

des plastischen Fließens länger. Zusätzlich ist der Kraftabfall nach dem Blechabriss steiler

und führt zu einer größeren Stößelschwingung als bei DP600. Diese Charakteristika belegen

die höhere Belastung der Inlays beim Schneiden von H400, die sich in dem häufiger

auftretenden Versagen der Inlays widerspiegelt. Insbesondere der schnellere Kraftabfall

nach dem Blechabriss und der auftretende Schnittschlag scheinen ein Versagen der Inlays

zu begünstigen.

Simulation des Prozesses

Zur Untersuchung der Belastung der Schneidelemente während des Schneidvorgangs

wurden mehrere FE-Simulationen (Finite Elemente) mit dem Simulationsprogramm

Transvalor Forge 2008 durchgeführt. Unabhängig vom Blechwerkstoff sind beim

Scherschneiden die auftretenden Spannungen im Schneidelement höher als im Blech.

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Darüber hinaus ist die resultierende Spannung im Schneidelement inhomogen verteilt. Da

sowohl Stirn- und Mantelfläche, als auch die Schneidkante der Scheiben lokal belastet

werden, treten dort die größten Spannungen auf, wobei diese mit zunehmender Entfernung

zur Schneidkante abnehmen.

Beim simulierten Schneiden des Werkstoffs MS-W1200 entstehen am Schneidelement die

höchsten Vergleichsspannungen aller Werkstoffe, wobei der Höchstwert kurz vor dem

Blechabriss 3500 MPa beträgt. Die Druckfestigkeit von ZrO2 (2200 MPa) wird also deutlich

überschritten. Beim Schneiden des Blechwerkstoffs H400 steigen die Spannungen dagegen

auf kleinere Werte und langsamer an. Zum Zeitpunkt des Blechabrisses beträgt der

maximale Wert im Schneidelement 1900 MPa. Die Vergleichsspannungen bei DP600

erreichen mit maximal 2000 MPa einen ähnlichen Wert.

Mittels der Simulation wurde bestätigt, dass die verwendeten Scheibenwerkstoffe für das

Schneiden des Blechwerkstoffs MS-W1200 ungeeignet sind, da die auftretenden

Spannungen höher als die ertragbaren Druckfestigkeiten der Werkstoffe sind. Hinsichtlich

der Standmengen-Unterschiede beim Scherschneiden der verwendeten Blechwerkstoffe

H400 und DP600 konnte die Simulation dagegen keine Anhaltspunkte liefern.

Mikrohärtemessung in der Schnittzone

Bei sämtlichen Verfahren der Kaltumformung, zu denen auch das Scherschneiden zählt,

kommt es in der Verformungszone zu einer Verfestigung, während die Duktilität abnimmt.

Daher wurden die Werkstoffe DP600 und H400 in der Schnittzone hinsichtlich ihrer

Kaltverfestigung untersucht. Zu diesem Zweck wurden Schliffbilder erstellt und die

schnittkantennahen Bereiche der Blechwerkstoffe Mikrohärtemessungen unterzogen (Bild 8).

Die Härte wurde entlang der Schnittkante in Entfernungen von 60 µm, 120 µm und 180 μm

von dieser gemessen. Zusätzlich wurde die Grundhärte des Materials außerhalb der

Einflusszone erfasst. Beide Werkstoffe weisen eine ähnlich ausgeprägte Einflusszone der

Verformung auf. Aufgrund einer höheren Grundhärte ist die Härte bei DP600 insgesamt

höher als bei H400, jedoch ist der Härteanstieg im erfassten Bereich qualitativ vergleichbar.

Die Zunahme des höchsten Wertes gegenüber der Grundhärte beträgt jeweils etwa 65%.

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Bild 8: Mikrohärteverlauf beim Blechwerkstoff DP600 (links) und H400 (rechts)

Zusammenfassung

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass das Modifizieren von Basisstempeln aus

kostengünstigem Material mittels eines verschleißharten Werkstoffs im Bereich der

Schneidzone mittels des Aktivlötens dazu geeignet ist, den Verschleiß von

Schneidwerkzeugen zu minimieren und somit deren Standmenge erheblich zu erhöhen.

Insbesondere die Untersuchungen mit dem Blechwerkstoff DP600 zeigen, dass sehr hohe

Standmengen möglich sind. Es gibt allerdings auch Einsatzgrenzen für mit Keramik

modifizierte Schneidstempel, welche neben den Werkstoffkennwerten der Keramik selbst vor

allem durch die Zugfestigkeit der zu schneidenden Blechwerkstoffe sowie deren Dicke

vorgegeben werden.

Im Schneidprozess können schon kleine Beeinflussungen des Prozesses zum sofortigen

Ausfall des Schneidelements führen. Eine zuverlässige Vorhersage, welche Blechmaterialien

für den Einsatz der modifizierten Schneidstempel geeignet sind, ist nicht zweifelsfrei möglich,

wie die unterschiedlichen Ergebnisse für die Blechwerkstoffe H400 und DP600 zeigen.

Durch ihre äußerst geringe kritische Risslänge sowie die hohe Streubreite ihrer

Festigkeitswerte können keramische Werkstoffe, ohne dass sich dieses vorher ankündigt

durch Sprödbruch versagen.

Aufgrund seiner sehr hohen Zugfestigkeit von bis zu 1400 MPa ist für den Blechwerkstoff

MS-W1200 der Einsatz von mit Hartmetall oder Keramik modifizierten Schneidstempeln nicht

möglich.

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100

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200

250

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Messpunkt

rte

[HV

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Grundhärte

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Messpunkt

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120 μm

180 μm

Grundhärte

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Literatur

[Jac-00] Jacob, A.; Flaxa, V.; Freier, K.: Karosserieleichtbau und die umfassende

Verwendung höherfester Stähle. In: Leichtbau durch Umformtechnik. 7.

Sächsische Fachtagung Umformtechnik, 24./25.10, Seite 119-142, 2000

[Gil-99] Gillner, A.; Hellrung, D.: Produktionstechnik zum Mikrostanzen und

Mikroprägen metallischer Bauteile; Abschlussbericht des Projektverbundes

PROMPT; Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt FZKA-PFT

199; 1999

[Bac-07] Bach, Fr.-W.; Möhwald, K.; Deißer, T. A.; Behrens, B.-A.; Kamp, M.;

Bistron, M.: Keramik-Metall-Verbundwerkzeuge für die Metallbearbeitung.

Tagungsband zum 8. Internationalen Kolloquium Hart- und

Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen (LÖT 2007, Aachen, 19. –

21. Juni 2007), DVS 243, S. 52-58

[Wil-86] Willmann, G.: Konstruieren mit Keramik – Verbinden und Fügen.

Sprechsaal 119, Heft 10, S. 888-890, 1986

[Div-88] Div.: Technische Keramik, Kap. "Fügetechnik keramischer Bauteile". Hrsg.

Thier, B.; Willmann, G.; Wielage, B., Vulkan-Verlag Essen, S. 136-178,

1988

[Nic-90] Nicholas, M. G.: Joining of Ceramics. Verlag Chapman and Hall, London,

1990

Danksagung

Das Forschungsvorhaben wurde unter der Fördernummer AiF 14978N von der EFB e.V.

finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller

Forschungsvereinigungen (AIF e.V.) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und

Technologie (BMWI) gefördert. Für diese Förderung sei gedankt.

Autoren:

Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens studierte Maschinenbau an der Universität Hannover und

promovierte am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) in Hannover. Er

war Leiter der Abteilung Umformtechnik bei der Salzgitter AG. Im Jahr 2002 ist sein

Verantwortungsbereich auf die gesamte Anwendungstechnik des Konzerns erweitert

worden. Seit Oktober 2003 ist er Leiter des IFUM der Leibniz Universität Hannover.

Dr.-Ing. Richard Krimm, geb. 1966, studierte Maschinenbau an der Universität Hannover.

Nach mehrjähriger Tätigkeit in der freien Wirtschaft ist er seit Januar 2000 wissenschaftlicher

Page 12: Erhöhung der Verschleißfestigkeit beim … · III/2010 Behrens et al.: Erhöhung der Verschleißfestigkeit… S.1/12 Verlag Meisenbach GmbH, Franz-Ludwig-Str. 7a, 96047 Bamberg,

www.utfscience.de III/2010 Behrens et al.: Erhöhung der Verschleißfestigkeit… S.12/12 Verlag Meisenbach GmbH, Franz-Ludwig-Str. 7a, 96047 Bamberg, www.umformtechnik.net

Mitarbeiter am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) und promovierte bei

Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens auf dem Gebiet Umformmaschinen.

Dipl.-Ing. Thomas Pielka studierte Maschinenbau an der Leibniz Universität Hannover. Seit

Ende 2007 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Umformmaschinen am IFUM

und beschäftigt sich hier mit Scherschneidprozessen.

Prof. Dr.-Ing. habil. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Friedrich-Wilhelm Bach studierte Maschinenbau an

der Universität Hannover und promovierte am Institut für Werkstoffkunde (IW) in Hannover.

Von 1997 bis 2001 war er Inhaber des Lehrstuhls Werkstofftechnologie (LWT) der

Universität Dortmund. Seit 2001 ist er Direktor des Instituts für Werkstoffkunde der Leibniz

Universität Hannover.

Dr.-Ing. habil. Kai Möhwald studierte Maschinenbau an der Universität Dortmund und

promovierte am Lehrstuhl Werkstofftechnologie (LWT) in Dortmund. Seit 2001 ist er Leiter

des Geschäftsbereichs FORTIS des Instituts für Werkstoffkunde (IW) der Universität

Hannover. 2009 habilitierte er sich an der Leibniz Universität Hannover und erhielt die venia

legendi für das Fachgebiet „Werkstofftechnik“.

Dipl.-Ing. Jörg Schaup studierte Chemietechnik an der Universität Dortmund und ist seit

2006 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstoffkunde der Leibniz Universität

Hannover.