Robuste thermoresistive Sensorik für die Halbwarmumformung

Für ein besseres Verständnis von Werkzeugverschleißprozessen in der Halbwarmumformung wird am Fraunhofer IST ein Schmiedegesenk mit einem thermoresistiven und zugleich verschleißbeständigen Dünnschichtsystem beschichtet.

mehr Info

Entwicklung eines sensorischen Königszapfens

Am Fraunhofer IST wurde ein piezoresistives Dünnschichtsystem zur Kraftmessung hergestellt, das direkt auf dem komplex geformten mechanischen Bindeglied zwischen Sattelzugmaschine und Anhänger, dem sogenannten Königszapfen abgeschieden wird.

mehr Info

Sensorsysteme für die Produktionsüberwachung

Ein wesentlicher Erfolgsfaktor für Industrie 4.0 ist neben der Weiterentwicklung der Datenverarbeitung auch eine leistungsfähige Sensorik Produktionsüberwachung. Am Fraunhofer IST werden verschiedene anwendungsspezifische Sensorsysteme auf Bauteilen entwickelt.

mehr Info

Schmiermittelfreie Kaltumformung

Einen Ansatz zur ökonomisch und ökologisch effizienteren Kaltumformung von Aluminiumblechen ohne den EInsatz von Schmiermitteln liefert die am Fraunhofer IST entwickelte Werkzeugbeschichtung auf der Basis von amorphem Kohlenwasserstoff (a-C:H).

mehr Info

Thermoschockresistente Werkzeugoberflächen

Mehrere Ansätze des Fraunhofer IST zur Verbesserung von Nitrierverfahren zielen auf eine Verschleißminimierung in der Produktion ab. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei in der Optimierung von Werkzeugoberflächen, die durch die schnelle thermische Wechselbeanspruchung, den sogenannten Thermoschock, strapaziert werden.

mehr Info

Vorhersage von Plasmanitrier­ergebnissen

Am Fraunhofer IST wurde daher ein Prognosetool entwickelt, mit dem Ergebnisse von Plasmanitrierprozessen vorhergesagt und damit die Qualität behandelter Bauteile verbessert werden können.

mehr Info

Plasma ersetzt Klebstoff

Das Fraunhofer IST arbeitet daher gemeinsam mit Projektpartnern an einer Lösung zur Aufskalierung eines neuen inlinefähigen Fügeverfahrens für die Herstellung von Verbundmaterialien aus Metall- und Kunststofffolien.

mehr Info

Kompakte Jet-induzierte Gleitentladungsquelle

Am Fraunhofer IST wurde ein Plasmaquellenkonzept auf Basis einer Jet-induzierten Gleitentladung entwickelt, das eine effektive Aktivierung oder Funktionalisierung auch geometrisch anspruchsvoller Konturen ermöglicht.

mehr Info

Robuste thermoresistive Sensorik für die Halbwarmumformung

Für ein besseres Verständnis von Werkzeugverschleißprozessen in der Halbwarmumformung müssen die realen Temperaturverteilungen auf der Werkzeugoberfläche während des Umformprozesses erfasst werden. Um diese zu ermitteln, wird am Fraunhofer IST ein Schmiedegesenk mit einem thermoresistiven und zugleich verschleißbeständigen Dünnschichtsystem beschichtet, das in direktem Kontakt mit dem glühenden Stahlrohling die Temperaturverteilung in der Form misst.

Presse mit eingebautem sensorischen Schmiedegesenk. Ein glühender Stahlrohling liegt bereits in direktem Kontakt mit der Dünnschichtsensorik.
© Fraunhofer IST

Presse mit eingebautem sensorischen Schmiedegesenk. Ein glühender Stahlrohling liegt bereits in direktem Kontakt mit der Dünnschichtsensorik.

Aufbau des Schichtsystems

Das sensorische Schichtsystem wird auf eine Werkzeughälfte abgeschieden. Vor der Grundbeschichtung mit einer ca. 4,5 µm dicken Aluminiumoxidschicht (Al2O3) wird die Werkzeugoberfläche poliert, sodass sie eine gemittelte Rautiefe im Bereich von 0,1 µm aufweist. Darauf wird eine 0,2 µm dünne Chromschicht homogen abgeschieden. Mittels Photolithographie und anschließender nasschemischer Ätzung werden die mäanderförmigen Sensorstrukturen in unterschiedlichen Bereichen des Werkzeugs angeordnet. Diese Dünnschichtsensoren, deren Leiterbahnen vom Umformbereich über komplexe Konturen in den unbelasteten Kontaktierungsbereich verlaufen, werden mit einer zweiten 3 µm dicken elektrisch isolierenden und vor Verschleiß schützenden Al2O3 Schicht versehen.

Nachgestellte Kontaktsituation nach dem Umformprozess.
© Fraunhofer IST

Nachgestellte Kontaktsituation nach dem Umformprozess.

Messungen im Halbwarmprozess

Nebenstehende Abbildung (oben) zeigt das in eine Presse eingebaute sensorische Schmiedegesenk mit dem glühenden Stahlrohling für die Halbwarmumformung. In der mittleren nebenstehenden Abbildung wird die Position des umgeformten Werkstücks in dem Gesenk nachgestellt. Die einzelnen Sensorstrukturen messen in Vierleitertechnik ortsaufgelöst die Temperaturverteilung. Ein entsprechender Messverlauf ist in nebenstehender Grafik dargestellt. Dabei wurden als Prozessparameter eine Kraft von 2600 kN und eine Anschlaghöhe von 32,5 mm gewählt.

© Fraunhofer IST

Charakteristische Temperaturverläufe der einzelnen Sensorstrukturen für einen Umformprozess.
© Fraunhofer IST

Charakteristische Temperaturverläufe der einzelnen Sensorstrukturen für einen Umformprozess.

Das Projekt

Diese Ergebnisse wurden innerhalb des von der Deutschen Forschungsgesellschaft geförderten Projekts »Untersuchungen zur Vorformung von Stahl im Halbwarmtemperaturbereich mit modifizierten kohlenstoffbasierten Schichtsystemen« (Fördernummer BR 2178/42-1) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH (IPH) und dem Institut für Oberflächentechnik IOT in Braunschweig erzielt.

 

Weitere Beiträge aus dem Bereich Maschinenbau, Werkzeuge und Fahrzeugtechnik finden Sie hier