Investigation of Friction in Closed-Die Warm Forging of Aluminium Alloys

Titel in Übersetzung: Untersuchung der Wirkflächenreibung beim Gesenkschmieden von Aluminiumlegierungen

Bernhard Buchner

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Geschmiedete Aluminiumteile spielen als Leichtbaukomponenten eine wichtige Rolle in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie. Ein Verständnis der Reibung in der Wirkfläche zwischen Werkzeug und Schmiedestück ist unerlässlich, da sie den Materialfluss, die Gravurfüllung, den Verschleiß und die Werkstückqualität beeinflusst. Um die tribologischen Prozesse und Wechselwirkungen in der Wirkfläche systematisch untersuchen zu können, sind Experimente nötig, die eine unabhängige Variation der beeinflussenden Parameter erlauben. Diese Arbeit beschreibt die Untersuchung der Reibung beim Warmschmieden von Aluminium mittels eines modifizierten Ring-auf-Scheibe Versuchs. Die Versuche werden ohne Schmiermittel und mit kommerziellen grafithältigen Schmierstoffen bei unterschiedlichen Drücken, Geschwindigkeiten und Oberflächenzuständen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass trockene Reibung zu Haften und bei niedrigen Normalspannungen - zu starkem Materialübertrag führt. Metallographische Untersuchungen bestätigen, dass im Falle trockener Reibung die Relativbewegung (zum größten Teil) durch Abscherung im Inneren des Werkstückes erfolgt. Bei der Verwendung von Schmierstoffen hingegen bleibt die Scherung auf die Grafitschicht beschränkt. Grundsätzlich verringert sich bei allen getesteten Schmiermitteln die Reibzahl mit zunehmender Normalspannung. Die Reibgeschwindigkeit hat hingegen keinen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse. Allerdings kann mit steigender Normalspannung eine Abnahme der Streuung der Reibzahl bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten beobachtet werden. Die Ergebnisse werden mit den Resultaten einer Untersuchung verglichen, die unterschiedliche Schmierstoffe mithilfe eines Stift-auf-Scheibe Versuchs charakterisiert, wobei eine gute qualitative Übereinstimmung in Bezug auf Reibzahl und Reibzahlverlauf festzustellen ist. In Finite-Elemente Analysen wird die Reibung mithilfe numerischer Modelle berücksichtigt, die die realen Vorgänge in der Wirkfläche in Betracht ziehen. Eine Möglichkeit stellen hier physikalische Ansätze dar, die auf einem Kontaktmodell in Kombination mit einem lokalen Reibmodell basieren. Diese Arbeit stellt ein neues Kontaktmodell vor, das die Werkstoffeigenschaften und die Oberflächenstruktur berücksichtigt und Vereinfachungen aufgrund des statistischen Charakters von Oberflächen vornimmt. Die wahre Kontaktfläche wird durch die Kombination der Tragprofilkurve mit einer Modellrauheit in Abhängigkeit der Normalspannung bestimmt. Versuche mit Aluminiumproben zeigten eine exzellente Übereinstimmung mit numerischen Ergebnissen.
Titel in ÜbersetzungUntersuchung der Wirkflächenreibung beim Gesenkschmieden von Aluminiumlegierungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Eichlseder, Wilfried, Beurteiler B (intern)
  • Buchmayr, Bruno, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2008

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Reibung Gesenkschmieden Aluminium Ring-auf-Scheibe
  • Versuch Stift-auf-Scheibe
  • Versuch Kontaktmodell

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