Neue Konzepte zur Verschleißreduzierung bei Werkzeugen der Warmmassivumformung

In Anwendungen der Warmmassivumformung sind Maßnahmen zur Standmengensteigerung der eingesetzten Werkzeuge von zentraler wirtschaftlicher Bedeutung. Im Produktionsprozess sind diese Werkzeuge sehr komplexen Belastungskollektiven mit lokal sehr unterschiedlichen Ausprägungen ausgesetzt. Typisch sind die thermischen (Rohteiltemperatur bis 1250 °C), thermozyklischen (Kühlschmierung mit Wasser-Grafit-Gemischen) und mechanischen bzw. tribologischen Belastungskomponenten, die abhängig von der jeweiligen Gesenkgeometrie, den Kontaktbedingungen zum Werkstückmaterial, dem Materialfluss und der Sprühkühlung auftreten. Die zu beobachtenden Verschleißbilder zeigen dabei sehr vielfältige, teilweise schwer zu interpretierende Muster, die neben abrasiven und adhäsiven Erscheinungen auch plastische Verformungen, Rissbildungen, Materialausbrüche usw. beinhalten. Im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte ist es gelungen, einige Vorgänge durch Modellversuche in Serienschmiedeversuchen isoliert zu betrachten und den jeweiligen Verschleiß mit neuen Methoden zu analysieren, um darauf basierend neue Ansätze zur Verschleißreduzierung abzuleiten: Thermische Überlastungen erfordern Maßnahmen, die den durch thermische Entfestigung bedingten Härteverlust der verwendeten Warmarbeitsstähle verringern können. Dies ermöglicht z. B. eine intensive Nitrierung, die jedoch zu einer geringeren Thermoschockbeständigkeit des Grundmaterials und einer Erhöhung der Rissempfindlichkeit der Werkzeuge führen kann /1/. Durch den Materialtransfer bedingter, tribologischer Verschleiß (Abrasion/Adhäsion) lässt sich effektiv durch Hartstoffbeschichtungen verringern. Mit lokalisierten und an die jeweils vorherrschenden Beanspruchungskomponenten angepassten Kombinationsbehandlungen aus Plasmanitrierung und Hartstoffbeschichtung lassen sich deutliche Verschleißreduzierungen nachweisen /4/. Weitere neue Ansätze betrachten auch eine gezielt auf das Tribosystem Werkzeug-Werkstück angepasste Topografie sowie weitere Modifikationen der Randzone durch mechanische Konditionierung.