Erkennen des Beginns von Fressverschleiß beim Stanzen von Aluminiumlegierungen, Teil III

Aug 08, 2023

Anmerkung des Herausgebers: Forscher am Oakland University Center of Advanced Manufacturing and Materials (CAMM) führten kürzlich eine Studie durch, um zu ermitteln, welche Kombination aus Matrizenmaterial, Matrizenoberflächenbehandlung und Schmiermittel sich am besten für die Verhinderung von Abrieb beim Stanzen von Automobilstrukturteilen aus Aluminium eignet. Diese Forschung wird in drei Teilen präsentiert. Teil I berichtete über Ergebnisse für D6510- und S0050A-Matrizenmaterialien ohne Oberflächenbehandlungen. Teil II präsentierte eine Studie zu blankem und DLC-beschichtetem D2-Werkzeugstahl.

Ziel der Forscher war es, den Beginn des Abriebverschleißes von nitrierten und hartverchromten D6510- und S0050A-Wendeschneidplatten in Kontakt mit 2,5 mm dickem Aluminiumblech 5754 zu bestimmen und den Einfluss von Schmierung, Kontaktkraft und anfänglicher Rauheit der Matrizenoberfläche zu quantifizieren. Der Aufbau des Werkzeugs wird ausführlich in „Reibungsmessung beim Stanzen von UHSS“ beschrieben. Die experimentelle Methodik war die gleiche wie in Teil I.

Sie verglichen drei Schmierbedingungen: Ferrocote 61A-US, Drycote 2-90 (DC2-90) und kein Schmiermittel.

Der Beginn des Abriebs wurde durch Untersuchung der Einsätze und Profilmessungen des Abriebbereichs mit einem Bruker-Profilometer bestimmt. Für die hartverchromten D6510-Wendeschneidplatten zeigt Abbildung 1 das Festfressen mit DC2-90-Schmiermittel und Abbildung 2 das Festfressen ohne aufgetragenes Schmiermittel. In beiden Abbildungen ist auf der rechten Seite das Profil der Lagerstätte dargestellt; Der rote Umriss im Profil ist der Ablagerungsbereich. Trockene Bedingungen führten zu starkem Abrieb an den Einsätzen.

Kratzer waren ein weiteres Anzeichen von Abnutzung an den hartverchromten D6510-Einsätzen. Abbildung 3 zeigt Kratzer ohne aufgetragenes Schmiermittel. Abbildung 4 zeigt Tests mit DC2-90-Schmierstoff und den daraus resultierenden schnellen Anstieg der Reibungskoeffizientenkurve (COF) für eine Klemmkraft von 100 kN, was einem durchschnittlichen Kontaktdruck von 57 MPa entspricht. Bei geringeren Klemmkräften wurde ein leichtes Verkratzen des Blechs beobachtet; Bei 60 kN zeigt die COF-Kurve ein weniger signifikantes Wachstum, obwohl immer noch unerwünschte Effekte beobachtet werden.

Der nitrierte D6510-Einsatz mit DC2-90-Schmiermittel zeigte eine hervorragende Leistung hinsichtlich der Fressschwelle, wobei Ablagerungen erst bei einer Haltekraft von 200 kN auftraten, was 113 MPa entsprach. Die Oberfläche dieses Einsatzes ist in Abbildung 5 zusammen mit einem Ablagerungsprofil dargestellt, wobei der Ablagerungsbereich rot umrandet ist. Abbildung 6 zeigt, dass die COF-Kurven stabil waren, mit einem geringfügigen Anstieg bei 200 kN, was dem Beginn des Festfressens bei einem durchschnittlichen Kontaktdruck von 113 MPa entspricht.

Die durchschnittlichen Kontaktdrücke, bei denen das Festfressen in dieser Versuchsreihe einsetzte, sind in Abbildung 7 dargestellt. Die durchschnittliche Rauheit der Einsätze vor dem Test ist durch Punkte angegeben, die jeder Gruppe von Einsätzen entsprechen. Die anfängliche Rauheit vor dem Test betrug 348 nm für nitriertes D6510, 179 nm für nitriertes S0050A, 149 nm für verchromtes D6510 und 142 nm für verchromtes S0050A.

Bei den D6510-nitrierten Einsätzen begann das Festfressen bei einem durchschnittlichen Kontaktdruck von 28 MPa mit 50 mg/ft.2 61-AUS, bei 113 MPa mit DC2-90 und bei 7 MPa ohne aufgetragenes Schmiermittel.

Bei den nitrierten Einsätzen S0050A begann das Festfressen bei einem durchschnittlichen Kontaktdruck von 23 MPa mit 50 mg/ft.2 61-AUS, bei 34 MPa mit DC2-90 und bei 7 MPa ohne aufgetragenes Schmiermittel.

Bei den hartverchromten Wendeschneidplatten D6510 begann das Festfressen bei einem durchschnittlichen Kontaktdruck von 17 MPa mit 50 mg/ft.2 61-AUS, bei 57 MPa mit DC2-90 und bei 7 MPa ohne aufgetragenes Schmiermittel.

ABBILDUNG 1. Der Ablagerungsbereich auf einer hartverchromten D6510-Wendeschneidplatte, die mit DC2-90-Schmiermittel getestet wurde, ist rot umrandet und rechts profiliert.

Bei den hartverchromten Wendeschneidplatten S0050A begann das Festfressen bei einem durchschnittlichen Kontaktdruck von 11 MPa mit 50 mg/ft.2 61-AUS, bei 11 MPa mit DC2-90 und bei 7 MPa ohne aufgetragenes Schmiermittel.

Wie gezeigt, wurde die höchste Fressschwelle mit nitrierten Einsätzen mit DC2-90-Schmiermittel erreicht. Diese Einsätze hatten vor dem Test die höchste Rauheit, was möglicherweise dazu beigetragen hat, Schmiermittel auf der Oberfläche festzuhalten und die Fressschwelle zu erhöhen.

Dieses Forschungsprojekt wurde zum Teil vom United States Council for Automotive Research mit Beiträgen von Novelis Corp. finanziert, das eine Spule aus 5754-Aluminiumlegierung bereitstellte; Teikuro Corp., das Hartchrombeschichtungen getesteter Einsätze durchführte; Sun Steel Treating, das das Nitrieren von Werkzeugeinsätzen durchführte; und Quaker-Houghton, das Schmierstoffe und technische Empfehlungen für die Schmierstoffanwendung bereitstellte.