Verbesserung des tribologischen Einsatzverhaltens im Presshärteprozess durch Verwendung maßgeschneiderter laserimplantierter Werkzeugoberflächen

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.