Verbesserung des tribologischen Einsatzverhaltens im Presshärteprozess durch Verwendung maßgeschneiderter laserimplantierter Werkzeugoberflächen

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Schirdewahn_diss_MB_437.pdf (8.44 MB)
Diss. Reihe Maschinenbau, Band 437

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Granting Institution
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Issue Date
2024
Authors
Schirdewahn, Stephan
Editor
Franke, Jörg
Hanenkamp, Nico
Merklein, Marion
Hausotte, Tino
Müller, Sebastian
Schmidt, Michael
Wartzack, Sandro
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-722-7
Abstract

Das Presshärteverfahren ist eine Schlüsseltechnologie zur ressourceneffizienten Herstellung sicherheitsrelevanter Karosseriekomponenten. Während der Umformung treten jedoch hohe Reibungs- und Verschleißerscheinungen an den interagierenden Werkzeug- und Werkstückwirkflächen auf, die sowohl die Bauteilqualität als auch die Maschinenstandzeit nachhaltig beeinträchtigen. Um die bestehenden Verfahrensgrenzen zu erweitern, wird daher eine Modifikation der Presshärtewerkzeuge mittels Laserim-plantation angestrebt. Das Verfahren basiert auf dem lokalen Dispergieren keramischer Hartstoffpartikel in die Werkzeugoberfläche, infolgedessen hochfeste und erhabene Strukturen im Mikrometerbereich entstehen. Aufgrund der signifikanten Reduzierung der Kontaktfläche sowie der hohen Verschleißbeständigkeit der eingesetzten TiB[2]- Hartstoffe wird ein verbessertes tribologisches Einsatzverhalten unter presshärtetypischen Prozessbedingungen erwartet. Anhand von Reib-, Verschleiß- und Abkühlversuchen konnten Ursache-Wirkzusammenhänge identifiziert und maßgeschneiderte Oberflächen-modifikationen generiert werden. Die Wirksamkeit der Technologie wurde abschließend mittels Presshärteversuchen unter Verwendung eines industrienahen Demonstrators verifiziert. Mit dem erarbeiteten Wissen ist die Möglichkeit gegeben, pressgehärtete Bauteile ressourceneffizient und beanspruchungsgerecht herzustellen, wodurch ein nachhaltiger ökonomischer und ökologischer Nutzen in Form höherer Bauteilqualitäten, niedriger Ausschussquoten und längerer Werkzeugstandzeiten geschaffen wird.

Abstract

Hot stamping has been established as key technology for a resource-effi-cient production of safety-relevant car body components. During the form-ing operation, however, high friction coefficients and wear occur on the interacting tool and workpiece surfaces, which have a lasting effect on the part quality and tool lifetime. To extend the process limits, an innovative surface engineering technology named laser implantation process was used within this research work. The technology is based on the localized dispers-ing of hard ceramic particles into the tool surface, which results in high-strength and protruded spots in micrometer range. Due to the significant reduction of the contact area and the high wear resistance of the TiB[2] hard materials, an improved tribological behavior is expected under hot stamp-ing conditions. For this purpose, friction, wear and quenching tests were carried out to identify the cause-effect relationships. Finally, the effective-ness of the technology was tested by hot stamping industrial related com-ponents with a tailored laser-implanted tool geometry. Based on the knowledge, it is possible to produce hot stamped components in a re-source-efficient and stress-optimized manner, which creates sustainable economic and ecological benefits in the form of higher component quality, lower reject rates and longer tool life.

Series
FAU Studien aus dem Maschinenbau
Series Nr.
437
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Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-721-0

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