Presswerk wird produktiver

Technik

Aufgrund ihres enormen Leichtbaupotentials werden bei der Umformung immer mehr höher- und höchstfeste Stahlgüten eingesetzt. Um den gestiegenen Anforderungen an das Presswerk gerecht zu werden, haben die Schmierstoffexperten von Zeller+Gmelin mit ›Multidraw PL 61 SE‹ ein Prelube der 2. Generation entwickelt.

06. Oktober 2016

Durch den zunehmenden Einsatz an höher- und höchstfesten Stahlgüten in der Automobilkarosse steht das Presswerk neuen Herausforderungen gegenüber. Die geringe Umformbarkeit und die damit einhergehende höhere Belastung der Werkzeuge, in Folge des Einsatzes von höherfestem Material sowie die Reduktion an Zusatzschmierung, stellten die Entwickler bei Zeller+Gmelin vor besondere Herausforderungen. Die konkrete Anforderung kam dabei aus der Automobilindustrie. Deren VDA-Arbeitskreis, – zuständig für Umformschmierstoffe – forderte ein verbessertes Prelube für die Aufgabenstellung der Presswerke, immer komplexere Bauteile umformen zu müssen.

Prelubes sind Korrosionsschutzöle mit zusätzlicher Additivierung, so dass sie im Presswerk gleichzeitig als Umformöl fungieren können. Von Zeller+Gmelin ist das Prelube Multidraw PL 61 seit Jahren erfolgreich im Einsatz. Die Anforderungen an eine zweite Generation der Prelubes waren zum einen die weiterhin gute Verträglichkeit mit den nachfolgenden Prozessen der lackierten Karosse und zum anderen die verbesserten tribologischen Eigenschaften, insbesondere auf feuerverzinkten Oberflächen. Das daraufhin neu entwickelte Multidraw PL 61 SE ist exakt auf diese Anforderungen zugeschnitten. Die Vorteile eines solchen Prelubes liegen auf der Hand: Es wird bereits im Walzwerk aufgebracht und im Presswerk kann somit oft auf eine zusätzliche Schmierung verzichtet werden. Jede Schmierung muss schließlich später vor der Lackierung in einem Reinigungsprozess auch wieder entfernt werden. Insofern ist es die Kunst, mit möglichst geringen Schmierstoffmengen größtmögliche Effizienz und Prozesssicherheit bei der Umformung zu erreichen.

PTU untersucht Werkzeugverschleiß

Aufgrund des erhöhten Verschleißes an Werkzeugen bei Einsatz von höherfesten Blechwerkstoffen und die damit reduzierten Werkzeugstandzeiten, wurde am Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen (PTU) der technischen Universität Darmstadt eine Untersuchungsmethode entwickelt. Diese berücksichtigt den Werkzeugverschleiß und die damit verbundenen Werkzeugstandzeiten für bestimmte Belastungen. Gleichzeitig implementierte man ein Monitoring-System mit dem Ziel, den Aufwand bei der Analyse von Verschleißentwicklungen zu reduzieren.

Diese Untersuchungen fanden im Rahmen des EFB-Projektes ›Verschleißfestigkeitskurven zur Beurteilung von Tribosystemen‹ statt. Hierfür wurde ein Streifenziehversuch mit Ziehsickengeometrie bei abgestuften Belastungsniveaus mit dem Blechwerkstoff DP 980 sowie zwei unterschiedlichen Schmierstoffen durchgeführt. Am PTU wurde der Werkzeugverschleiß und dessen mögliche Reduzierung getestet. Während der Versuchsreihen mit dem bewährten Multidraw PL 61 konnte ein zusätzlicher Testversuch mit dem neuen Prelube PL 61 SE durchgeführt werden.

Vergleichstests mit altem und neuem Schmierstoff

Die Parameter für das höchste Belastungsniveau wählte das Forscherteam am PTU so aus, dass die Versuchsdurchführung ohne vorzeitiges Abreißen des Bleches gerade noch so möglich war. Dabei wurde die Geometrie konstant gehalten und die Kontaktspannung variiert. Für einen weiteren Versuch setzte man die Parameter so an, dass sie zehn Prozent unter dem maximalen Belastungsniveau lagen. Damit auch die Standzeiten parallel mit ausgewertet werden können, definierten die Tester noch ein Werkzeugversagen. Dieses tritt per Definition genau dann auf, wenn das Blech bei konstanten Versuchsbedingungen abreißt oder die Blechrauheit größer als 10 µm ist.

Doppelte Standzeit, doppelte Produktivität

In den Versuchen konnte der direkte Zusammenhang zwischen Belastung eines Presswerkzeugs, dessen Verschleiß und Standzeit nachgewiesen werden. Anhand der Versuche mit Multidraw PL 61 zeigte sich, dass die Festigkeit des Werkstoffes die Schädigung und die Verschleißentwicklung in einem tribologischen System maßgeblich beeinflusst; das heißt, eine hohe Belastung führt notwendigerweise zu einem hohen Verschleiß und damit zu geringeren Standzeiten der Werkzeuge. Hier konnten die Forscher am PTU durch die Versuche mit Multidraw PL 61 SE eine deutliche Verbesserung zu Multidraw PL 61 nachweisen. Durch die Verwendung von Multidraw PL 61 SE ergibt sich eine deutliche Reduzierung der Zugkräfte.

Im Vergleich zum bisherigen Prelube ließ sich die Zugkraft bei maximaler Belastung um knapp elf Prozent (Zugkraft mit PL 61: 22,5 kN, Zugkraft mit PL 61 SE: 20,1 kN) senken, während sie bei der um zehn Prozent erniedrigten Last um sieben Prozent reduziert werden konnte (Zugkraft mit PL 61: 20,3 kN, Zugkraft mit PL 61 SE: 18,8 kN). Die Folge: Auch die Standzeiten der Werkzeuge waren mit dem neuen Schmierstoff deutlich höher.

Deutliche Kostenreduktionen

Bei höchster Belastung zeigten sich schließlich deutliche Unterschiede bei den Standzeiten bis zum Eintreten des Versagens: Multidraw PL 61 hielt im Mittel 59 Hüben stand, Multidraw PL 61 SE bei der gleichen Last 147 Hüben – das entspricht einer Produktivitätssteigerung auf das 2,5-fache. Bei reduzierter Last ergab sich eine Steigerung der Standzeit auf das 2,1-fache. In absoluten Zahlen: Die Referenz PL 61 schaffte 905Hübe, während das neue Prelube 1863 Hübe erzielte.

Insbesondere die absolute Zunahme der Werkzeugstandzeit ist somit als ein sehr bedeutender wirtschaftlicher Faktor für die Produktivitätssteigerung im Presswerk zu sehen. Das gilt insbesondere dann, wenn man ohnehin schon an extreme Belastungen herankommt. Denn wie sich im Versuch zeigt, erhöht ein optimaler Schmierstoff mit einer besseren Additivierung die Belastbarkeitsgrenze deutlich, was bei der Umformung komplexerer Bauteile messbare Verbesserungen bringt.

Die Versuche am PTU bestätigen eindrucksvoll, dass der Schmierstoff einen erheblichen Einfluss auf die Verbesserung der tribologischen Situation hat. Multidraw PL 61 SE kann nämlich die notwendigen Kräfte für die Umformung reduzieren sowie die Standzeiten der Werkzeuge erhöhen. Inzwischen konnten auch umfangreiche Praxistests bei verschiedenen OEMs erfolgreich absolviert werden.

Öffentliche Förderung

Das Projekt ›Verschleißfestigkeitskurven zur Beurteilung von Tribosystemen‹ wurde mit finanziellen Mitteln der Forschungsvereinigung EFB Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. im Rahmen eines vom Bundestag initiierten Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie verwirklicht. Die EFB gehört zur Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF).

Der vollständige Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 425 erschienen (ISBN 978-3-86776-472-8) und bei der EFB-Geschäftsstelle wie auch im Buchhandel erhältlich.

Euroblech Halle 27, Stand L42

Multidraw PL 61 SE in Kürze

Multidraw PL 61 SE ist ein nicht wassermischbares, thixotropes Prelubricant zur Walzwerksbeölung mit folgenden Eigenschaften:

• Hervorragender Korrosionsschutz

• Niedrige Reibwerte

• Leichte Entfernbarkeit

• Optimale Ablaufhemmung

• Ausgezeichnete Umformeigenschaften

• Hohe Haftfähigkeit

• Reduktion von Zinkabrieb bei feuerverzinkten Oberflächen

Erschienen in Ausgabe: 06/2016