Schichtentwicklung für die schmiermittelfreie Umformung von hochfesten Aluminiumwerkstoffen

Massiv umgeformte Bauteile aus hochfestem Aluminium gewinnen im Leichtbau zunehmend an Bedeutung. Aufgrund ökonomischer und ökologischer Aspekte wird bei der Herstellung ein geringer Einsatz bzw. ein Verzicht von Schmiermitteln angestrebt. Um dieser Forderung auch bei hohen Umformkräften gerecht zu werden, um geringe Reibwerte einzustellen und Anhaftungen von Aluminium am Werkzeug zu vermeiden, müssen die Werkzeugoberflächen modifiziert, d. h. randschichtbehandelt oder beschichtet werden [1-7]. Um verschiedene Beschichtungskonzepte zu testen, wurden für die vorliegende Arbeit Proben mittels PVD- (Physical Vapour Deposition) und CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition) beschichtet und charakterisiert. Das Verhalten der Beschichtungen und die Auswirkungen auf den Umformvorgang wurden mit Hilfe mechanischer Tests und numerischer Berechnungen untersucht. Für die Dünnschichtsysteme TiCN, TiC-TiN und DLC auf Stahl erfolgten die Bestimmung des E-Modul, die Analyse von Versagensmechanismen und die Untersuchung des Schicht-Substrat-Verhaltens. Die mittels Simulation gewonnen Ergebnisse wurden mit dem realen Umformverhalten von Aluminiumlegierungen korreliert.

Many applications in light weight construction require massive formed high strength aluminium parts. For economical and ecological reasons the use of lubricants for massive forming has to be avoided. Both, lubricant free forming and processing of high strength materials are big challenges that can be realized by using coated tools with functional surfaces that show high wear resistance, low friction and low adhesion to aluminium [1-7]. For goal-oriented surface engineering different coating technologies, such as Physical Vapour Deposition (PVD) and Chemical Vapour Deposition (CVD) have been used for the preparation of specimens. The coating properties are evaluated by mechanical tests and numeric simulation to investigate the massive forming processes and the coating-substrate-behaviour. On the base of TiCN-, TiC-TiN- and DLC-coatings on steel it is shown how relevant coating properties like Young's Modulus, crack behaviour and hardness can be analyzed with regard to small coating thicknesses. In order to scale up the results to industrial conditions, finally the simulation is correlated to real deforming.