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Erschienen in: International Journal of Material Forming 1/2019

25.01.2018 | Original Research

Control of the material flow in sheet-bulk metal forming using modifications of the tool surface

verfasst von: Maria Löffler, R. Schulte, D. Freiburg, D. Biermann, D. Stangier, W. Tillmann, M. Merklein

Erschienen in: International Journal of Material Forming | Ausgabe 1/2019

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Abstract

Sheet-bulk metal forming (SBMF) processes are characterized by a successive and/or simultaneous occurrence of different load conditions such as the stress and strain states. These conditions influence the material flow and often lead to a reduced geometrical accuracy of the produced components. To improve the product quality, a control of the material flow is required. One suitable approach, the local adaption of tribological conditions by means of surface modifications of tool or workpiece, so-called tailored surfaces. To control the material flow and thus to improve the component accuracy, methods to reduce and to increase friction are needed. The aim of this study is to determine requirements for necessary adaptions of the friction, the identification of tribological mechanisms for different types of tool-sided tailored surfaces as well as the verification of the effectiveness of these surface modifications to improve the results of a specific SBMF process. The numerical analysis of a combined deep drawing and upsetting process revealed that this process is characterized by two areas of varying tribological load conditions. Using a numerical analysis, the friction factor gradient between these two areas was identified as a main influencing factor on the material flow. Based on this finding, Chromium-based hard coatings for the reduction of the friction and high-feed milled surfaces for an increase of the friction were investigated regarding their frictional behaviour. The results of the ring-compression tests revealed that the carbon content and the post treatment of coated tool surfaces are relevant to reduce the friction. The increased profile depth of the milled surfaces was identified as the main influencing factor on the tribological behaviour of this kind of tailored surfaces. The effectiveness of both types of tailored surfaces was verified for the combined deep drawing and upsetting process.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Kleiner M, Geiger M, Klaus A (2003) Manufacturing of lightweight components by metal forming. Annals of the CIRP 52(2):521–542CrossRef Kleiner M, Geiger M, Klaus A (2003) Manufacturing of lightweight components by metal forming. Annals of the CIRP 52(2):521–542CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Doege E, Thalemann J (1989) Near net-shape forming in sheet-metal forming and forging. Annals of the CIRP 38:609–616CrossRef Doege E, Thalemann J (1989) Near net-shape forming in sheet-metal forming and forging. Annals of the CIRP 38:609–616CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Merklein M, Allwood JM, Behrens BA, Brosius A, Hagenah H, Kuzman K, Mori K, Tekkaya AE, Weckenmann A (2012) Bulk forming of sheet metal. Annals of the CIRP 61(2):725–745CrossRef Merklein M, Allwood JM, Behrens BA, Brosius A, Hagenah H, Kuzman K, Mori K, Tekkaya AE, Weckenmann A (2012) Bulk forming of sheet metal. Annals of the CIRP 61(2):725–745CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Mori K (2012) Bulk forming of sheet metals for controlling wall thickness distribution of products. Steelresearch Journal, Weinheim: Wiley-VCH: 17–24 Mori K (2012) Bulk forming of sheet metals for controlling wall thickness distribution of products. Steelresearch Journal, Weinheim: Wiley-VCH: 17–24
5.
Zurück zum Zitat Mori K, Abe Y, Osakada K, Hiramatsu S (2011) Plate forging of tailored blanks having local thickening for deep drawing of square cups. J Mater Process Technol 211(10):1569–1574CrossRef Mori K, Abe Y, Osakada K, Hiramatsu S (2011) Plate forging of tailored blanks having local thickening for deep drawing of square cups. J Mater Process Technol 211(10):1569–1574CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Wang ZG, Yoshikawa Y, Osakada K (2013) A new forming method of solid bosses on a cup made by deep drawing. Annals of the Cirp 62(1):291–294CrossRef Wang ZG, Yoshikawa Y, Osakada K (2013) A new forming method of solid bosses on a cup made by deep drawing. Annals of the Cirp 62(1):291–294CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Löffler M, Andreas K, Engel U, Schulte R, Groebel D, Krebs E, Freiburg D, Biermann D, Stangier D, Tillmann W, Weikert T, Wartzack S, Tremmel S, Lucas H, Denkena B, Merklein M (2016) Tribological measures for controlling material flow in sheet-bulk metal forming. Prod Eng 10(4–5):459–470CrossRef Löffler M, Andreas K, Engel U, Schulte R, Groebel D, Krebs E, Freiburg D, Biermann D, Stangier D, Tillmann W, Weikert T, Wartzack S, Tremmel S, Lucas H, Denkena B, Merklein M (2016) Tribological measures for controlling material flow in sheet-bulk metal forming. Prod Eng 10(4–5):459–470CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Klocke F, Dambon O, Behrens B (2011) Analysis of defect mechanisms in polishing of tool steels. Production Engineering Research and Development 5(5):475–483CrossRef Klocke F, Dambon O, Behrens B (2011) Analysis of defect mechanisms in polishing of tool steels. Production Engineering Research and Development 5(5):475–483CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Lange K (1985) Handbook of Metal Forming. McGraw-Hill, New York Lange K (1985) Handbook of Metal Forming. McGraw-Hill, New York
10.
Zurück zum Zitat Fontaine J, Donnet C, Erdemir A (2008) Fundamentals of the tribology of DLC coatings. In: Donnet C, Edemir A (ed) Tribology of diamond like carbon films. Springer, New York, pp 139–154 Fontaine J, Donnet C, Erdemir A (2008) Fundamentals of the tribology of DLC coatings. In: Donnet C, Edemir A (ed) Tribology of diamond like carbon films. Springer, New York, pp 139–154
11.
Zurück zum Zitat Twardy S (2014) Funktionsgerechte Fertigung von Mikroumformwerkzeugen durch Mikrofräsen. phd thesis, Universität Bremen Twardy S (2014) Funktionsgerechte Fertigung von Mikroumformwerkzeugen durch Mikrofräsen. phd thesis, Universität Bremen
12.
Zurück zum Zitat Trauth DH (2016) Tribology of machine hammer peened tool surface for deep drawing. phd thesis, RWTH Aachen Trauth DH (2016) Tribology of machine hammer peened tool surface for deep drawing. phd thesis, RWTH Aachen
13.
Zurück zum Zitat Neudecker T (2004) Tribologische Eigenschaften keramischer Blechumformwerkzeuge – Einfluss einer Oberflächenendbearbeitung mittels Excimerlaserstrahlung. phd thesis, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Neudecker T (2004) Tribologische Eigenschaften keramischer Blechumformwerkzeuge – Einfluss einer Oberflächenendbearbeitung mittels Excimerlaserstrahlung. phd thesis, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
14.
Zurück zum Zitat Popp U (2006) Grundlegende Untersuchungen zum Lasterstrahlstrukturieren von Kaltmassivumform-werkzeugen. phd thesis, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Popp U (2006) Grundlegende Untersuchungen zum Lasterstrahlstrukturieren von Kaltmassivumform-werkzeugen. phd thesis, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
15.
Zurück zum Zitat Wagner K (2011) Beanspruchungsangepasste Kaltmassivumformwerkzeuge durch local optimierte Werkzeugoberflächen. phd thesis, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Wagner K (2011) Beanspruchungsangepasste Kaltmassivumformwerkzeuge durch local optimierte Werkzeugoberflächen. phd thesis, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
16.
Zurück zum Zitat Vetter J, Lugscheider E, Guerreiro SS (1998) (Cr:Al)N coatings deposited by the cathodic vacuum arc evaporation. Surf Coat Technol 98:1233–1239 Vetter J, Lugscheider E, Guerreiro SS (1998) (Cr:Al)N coatings deposited by the cathodic vacuum arc evaporation. Surf Coat Technol 98:1233–1239
17.
Zurück zum Zitat Krawate M, Hashimoto A.K, Suzuki T (2003) Oxidation resistance of Cr1-xAlxN Ti1-xAlxN films. Surf Coat Technol 165(2):163–167 Krawate M, Hashimoto A.K, Suzuki T (2003) Oxidation resistance of Cr1-xAlxN Ti1-xAlxN films. Surf Coat Technol 165(2):163–167
18.
Zurück zum Zitat Ding XZ, Zeng XT (2005) Structural, mechanical and tribological properties of CrAlN coatings deposited by reactive unbalanced sputtering. Surf Coat Technol 200(6):1372–1376 Ding XZ, Zeng XT (2005) Structural, mechanical and tribological properties of CrAlN coatings deposited by reactive unbalanced sputtering. Surf Coat Technol 200(6):1372–1376
19.
Zurück zum Zitat Tillmann W, Stangier D, Schröder P (2016) Investigation and optimization of the tribo-mechanical properties of CrAlCN coatings using Design of Experiments. Surf Coat Technol 308:147–157CrossRef Tillmann W, Stangier D, Schröder P (2016) Investigation and optimization of the tribo-mechanical properties of CrAlCN coatings using Design of Experiments. Surf Coat Technol 308:147–157CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Ahn S-K, Kwon S-H, Kim K-H (2011) Effect of carbon on microstructure of CrAlCxN1-x coatings by hybrid coating system. Trans Nonferrous Metals Soc China 21:78–82CrossRef Ahn S-K, Kwon S-H, Kim K-H (2011) Effect of carbon on microstructure of CrAlCxN1-x coatings by hybrid coating system. Trans Nonferrous Metals Soc China 21:78–82CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Sun Z, Ahuja R (2006) Ab initio study of the Cr2AlC (0001) surface. Appl Phys Lett 88:161913CrossRef Sun Z, Ahuja R (2006) Ab initio study of the Cr2AlC (0001) surface. Appl Phys Lett 88:161913CrossRef
22.
Zurück zum Zitat Polcar T, Cvrcek L, Siroky P, Novák R (2005) Tribological characteristics of CrCN coatings at elevated temperature. Vacuum 80(1–3):113–116 Polcar T, Cvrcek L, Siroky P, Novák R (2005) Tribological characteristics of CrCN coatings at elevated temperature. Vacuum 80(1–3):113–116
23.
Zurück zum Zitat Paulo JA (2011) Machining of Hard Materials. Springer, London Paulo JA (2011) Machining of Hard Materials. Springer, London
24.
Zurück zum Zitat Abele E, Dewald M, Heimrich F (2010) Leistungsgrenzen von Hochvorschubstrategien im Werkzeug- und Formenbau. Werkzeug und Formenbau 105:737–743 Abele E, Dewald M, Heimrich F (2010) Leistungsgrenzen von Hochvorschubstrategien im Werkzeug- und Formenbau. Werkzeug und Formenbau 105:737–743
25.
Zurück zum Zitat Lucas H, Denkena B, Grove T, Krebs E, Kersting P, Freiburg D, Biermann D (2015) Analysis of Residual Stress States of Structured Surfaces Manufactured by High-Feed and Micromilling. HTM Journal of Heat Treatment and Materials 70(4):183–189CrossRef Lucas H, Denkena B, Grove T, Krebs E, Kersting P, Freiburg D, Biermann D (2015) Analysis of Residual Stress States of Structured Surfaces Manufactured by High-Feed and Micromilling. HTM Journal of Heat Treatment and Materials 70(4):183–189CrossRef
26.
Zurück zum Zitat Zabel A, Surmann T, Peuker A (2008) Surface structuring and tool path planning for efficient milling of dies. In: Abele E (ed) 7th international conference on high speed machining proceedings, Bamberg, pp 155–160 Zabel A, Surmann T, Peuker A (2008) Surface structuring and tool path planning for efficient milling of dies. In: Abele E (ed) 7th international conference on high speed machining proceedings, Bamberg, pp 155–160
27.
Zurück zum Zitat Peuker A (2015) Werkzeugentwicklung für die Transplantation thermisch gespritzter mikrostrukturierter Funktionsschichten auf Druckgusswerkstücke, Vulkan Verlag, Essen Peuker A (2015) Werkzeugentwicklung für die Transplantation thermisch gespritzter mikrostrukturierter Funktionsschichten auf Druckgusswerkstücke, Vulkan Verlag, Essen
Metadaten
Titel
Control of the material flow in sheet-bulk metal forming using modifications of the tool surface
verfasst von
Maria Löffler
R. Schulte
D. Freiburg
D. Biermann
D. Stangier
W. Tillmann
M. Merklein
Publikationsdatum
25.01.2018
Verlag
Springer Paris
Erschienen in
International Journal of Material Forming / Ausgabe 1/2019
Print ISSN: 1960-6206
Elektronische ISSN: 1960-6214
DOI
https://doi.org/10.1007/s12289-018-1399-2

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