Projekt im Forschungsbereich
Alternative Werkstoffe

 

Einsatz alternativer Werkzeugwerkstoffe zum Feinschneiden hochfester Blechwerkstoffe (HM Werkzeugwerkstoffe)

Das Feinschneiden von hochfesten Blechgüten stellt hohe Ansprüche an die Werkstoffeigenschaften des Feinschneidstempels. Neben der hohen Druckfestigkeit des Werkzeugwerkstoffs wird eine gewisse Duktilität verlangt, um die dynamischen Wechselbelastungen ohne vorzeitiges Versagen zu ertragen. Die klassischen Kaltarbeitsstähle sowie Schnellarbeitsstähle eignen sich für nur bedingt für das Feinschneiden hoch- und höchstfester Blechgüten, da erhöhter Verschleiß auftritt und somit die Werkzeugstandzeiten herabgesetzt werden. Für die Substitution dieser Werkstoffe bieten sich Hartmetallsorten an, da diese über noch höhere Druckfestigkeiten verfügen. Während des Abstreifvorgangs des Feinschneidstempels aus dem Stanzgitter treten jedoch Zugspannungen auf, die zum vorzeiten Versagen von Hartmetallstempel führen können. Ursächlich für die Zugspannung ist die Klemmkraft des Bleches auf den Stempel, welche durch eine Biegung des Bleches während des Feinschneidprozesses induziert wird. Nach aktuellem Stand der Technik wird die Klemmkraft mit ca. 10 % der Schneidkraft beschrieben, wobei mit steigender Blechdicke die Klemmkraft stetig zunimmt. Eine genaue Quantifizierung sowie messtechnische Erfassung der Klemmkraft ist bislang nicht durchgeführt worden und ist unerforscht.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die genaue Ermittlung der Prozesskräfte während des Feinschneidvorgangs, insbesondere der Klemmkraft. Dafür wird eine intelligente Messstrategie entwickelt, um in situ die Klemmkraft zu messen und zu quantifizieren. Durch eine Parameterstudie mit verschiedenen Blechgüten sowie Blechstärken wird ein analytisches Modell zur Beschreibung der Klemmkraft ermittelt. Darüber hinaus wird ein Analogieprüfstand entwickelt mit dem gezielt verschiedene Hartmetallsorten hinsichtlich ihrer Eignung als Stempelwerkstoff untersucht werden können. Für die Parameterstudie werden Hartmetallsorten mit unterschiedlicher Zusammensetzung mit einer definierten Klemmkraft beaufschlagt und der Abstreifvorgang aus dem Stanzgitter simuliert. Die Belastung erfolgt dabei bis zum Stempelversagen. Mithilfe der numerischen Methoden erfolgt die Korrelation des herrschenden Spannungszustands mit den experimentellen Daten, um ein Erklärungsmodell abzuleiten. Das Ergebnis ist die Kenntnis der Ursache-Wirkzusammenhänge zwischen Klemmkraft, Zugspannung und der Zusammensetzung des Hartmetallstempels, was die Auswahl geeigneter Hartmetallsorten für das Feinschneiden wissensbasiert ermöglicht.

Die Projektpartner danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung des vorgestellten Forschungsvorhabens Einsatz alternativer Werkzeugwerkstoffe zum Feinschneiden hochfester Blechgüten.





 

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Dr.-Ing. Oksana Baer
 
Cluster Produktionstechnik 3A 332
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