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Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 1
Tribologie, Schmierungund Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.
Dr.-Ing. J. StaevesBMW GroupTechnologie lackierte Karosserie
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 2
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 3
Tribologische Systeme derKarosserieumformung.Karosseriewerkstoffe.
weiche Stähle
höherfeste Stähle
Stahlbleche Aluminium Kunststoffe Magnesium
Unlegiert DC01-5
mikroleg. DC06
mikrolegiert H260LA-H420LA
phosphorlegiert H180P-H300P
isotrop H220I-H300I
interstitial free H180Y-H300Y
Dualphasen H270X-H340X
TRIP-Stähle TRIP 700-800
CP u. MS-Stähle CP 800-1200
Bake Hardening H180B-H300B
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 4
Tribologische Systeme derKarosserieumformung.Stahlwerkstoffe.
mikrolegiert H260LA-H420LA
phosphorlegiert H180P-H300P
isotrop H220I-H300I
interstitial free H180Y-H300Y
Dualphasen H270X-H340X
TRIP-Stähle
Complexphasen
unlegiert DC01-DC05
IF weich (mikrol.) DC06
Martensitphasen
ZStE260-ZStE420
ZStE180P-ZStE300P
HIZ 220, ZStE220 i
IF180, ZStE180 IF
DP500, DP 30/50
TRIP 700-800, RA-K 40/70
CP 800-1200
FeP01-Fep05, St12, St14
FeP06
MS 800, TMS 800
Art des Stahls(Güte/Sorte)
AktuelleBezeichnung
WeitereBezeichnungen
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 5
Tribologische Systeme derKarosserieumformung.Bezeichnung höherfester Stahlwerkstoffe.
H Kaltgewalzter höherfester StahlD Warmgewalzter höherfester Stahl
Untere Toleranzgrenze der Streckgrenze in N/mm²
B Bake Hardening StahlP PhosphorlegiertLA MikrolegiertI isotropY IF StahlX Dual Phasen StahlT TRIP StahlC Complex Phasen StahlM Martensit Phasen Stahl
H 300 X
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 6
Tribologische Systeme derKarosserieumformung.Stahlwerkstoffe.
Bruchdehnung A80 [%
]
200100 300 400 500 600 700 800 900 1000
10
20
30
40
50Weiche IF-Stähle
DC01 - 05
Bake-Hardening-Stähle
Phosphorlegierte Stähle
Mikrolegierte Stähle
Dual-Phasen-Stähle
TRIP-Stähle
CP-Stähle
MS-Stähle
Streckgrenze [N/mm²]
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 7
Tribologische Systeme derKarosserieumformung.Entwicklung des Anteils höherfester Stähle.
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Gew
ichts% HSS
BMW 3er
BMW 5er
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
BMW 7er
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 8
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 9
Tribologische Systeme derKarosserieumformung.Blechbeschichtungen.
metallisch organisch
Elektrolytischverzinkt (ZE, ZN)
Schmelztauchen(Z)
Wärmebehandlung( Z � ZF )
Phosphatierung(ZEph, Zph, ...)
Coilcoating • Bonazink• Grannocoat• dry film lubricants• ...
Duplex
• ZE + Bonazink• ZE + Grannocoat• ...
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 10
Tribologische Systeme derKarosserieumformung.Blechbeschichtungen.
ElektrolytischeVerzinkung
Schmelztauch-Verzinkung
Mit Wärme-behandlung
ZF (GA)galvannealed
Ohne Wärme-behandlung
Z (GI)Feuerzink
ElektrolytZink
ZE (EZ)Elozink
ElektrolytZink+Nickel
Zn/NiZink-Nickel
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 11
Tribologische Systeme derKarosserieumformung.Blechbeschichtungen.
Band-speicher
Auf-coilen
Be-ölung
Ab-coilen
Band-Schweiß-anlage
Band-speicher
Elektrolyse-zellen
Vor-behand-lung
Nach-behand-lung
Elektrolytische Beschichtung
Schmelztauchbeschichtung
Wärme-Behand-lungsofen
Zinkbad Dressieren(Wärme-
behandlung)
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 12
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 13
Tribologische Systeme derKarosserieumformung.Schmierstoffeinsatz.
Innenblechteil einfach:Grundbeölung Korro-
sionsschutzöl 1-3 g/m²
Anf
orde
rung
en a
n da
s S
chm
iers
yste
m /
Kom
plex
ität d
er U
mfo
rmun
g
Außenhautteile:Grundbeölung Korro-
sionsschutzöl 1-2 g/m²
Waschen und Rück-beölung 1-2 g/m²
Abp
ress
en
Roh
bau
Innenblechteil kritisch: Grundbeölung Korro-
sionsschutzöl 1-3 g/m²(partielle) Zusatzbe-ölung im Preßwerk
alkalischeEntfettungInnenblechteil weniger
kritisch: GrundbeölungPrelube 1-3 g/m²
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 14
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 15
Tribologische Systeme derKarosserieumformung.Werkzeugbeschichtungen.
GrundwerkstoffePrototypen- undVorserienwerkzeuge
• Kunststoff, Gießharze• Zamak• Cerrotru, ...
Serienwerkzeuge• GG 25• GG 25 CrMoV• GGG 60, GGG 70, ...
Stark beanspruchteSerienwerkzeuge
• GS• 1.2379, ...• Ampco, ...
BeschichtungenDiffusionsschichten
• Nitrieren• Vanadieren• Borieren, ...
Auflageschichten• Verchromen• PVD
• TiN• TiC• TiCN• CrN• WCC, ...
• CVD• TiN• TiC• TiC/TiN, ...
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 16
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 17
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Anforderungen an tribologische Systeme.
Blech-Herstellung
Reibung und Verschleiß beim Walzen
Vermeidung von „Klebern“bei der Wärmebehandlung
Korrosionsschutz
Blech-umfor-mung
Vermeidung von Blechdopplungen
Verschleiß an Werkzeug- und Blechoberfläche
konstante Reibung
Weiterver-arbeitung
Korrosionsschutz
Schweißbarkeit
Klebbarkeit
Lackierbarkeit
Abwaschbarkeit
GebrauchKorrosionsschutz
Alterungsbeständigkeit
Lackglanz
Lackhaftung
Kratzer und Steinschlag
Re-rara-tur
Geringer Reparatur-aufwand
Vermeidung giftiger Schleifstäube
Recycling
Beschichtung gut von Grund-werkstoff trennbar
An-forderun-gen
keine störenden Legierungs-elemente in Schmelze
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 18
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Anforderungen an Prüfverfahren.
Prozesssicherheit
Bauteilqualität
Verfahrensgrenzen
Umweltverträglichkeit
Kosten
FertigungsgerechteAuswahl von Werk-und Prozessstoffen
Optimierung vonWerk- undProzessstoffen
Entwicklung neuerWerk- undProzessstoffe
Eindeutige Spezifi-kation von Werk- undProzessstoffen
Ermittlung vonMaterialdaten für dieFE-Simulation
Bauteil-Versuche
Modell-Versuche
Mess-methoden
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 19
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Kategorien der Reibungs- undVerschleißprüfung.
Prüfprinzip
Kategorie V Kategorie VIKategorie I-III Kategorie IV
Betriebsversuch ModellversuchÜbertragbarkeit auf Realprozess
Messtechnische Zugänglichkeit
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 20
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 21
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Arbeitsdiagramm.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1,8 1,85 1,9 1,95 2
relatives Ziehverhältnis b
mittlere Fläch
enpress
ung
unter dem
Blech
halter [N/m
m²]
Faltengrenze
Reissergrenze
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 22
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Arbeitsdiagramm bei Variation desSchmierstoffs.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1,8 1,85 1,9 1,95 2
relatives Ziehverhältnis bmittlere Fläch
enpress
ung unter dem
Blech
halter [N/m
m²]
zunehmende Viskosität des Schmierstoffs
(16 bis 100 mm²/s)
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 23
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Arbeitsdiagramm bei Variation desBlechwerkstoffs.
0
50
100
150
200
250
300
1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2
Blech
halterkraft [kN
]
relatives Ziehverhältnis b
Falten St 14Reißer St 14Falten ZStE 220 BHReißer ZStE 220 BHFalten ZStE 300Reißer ZStE 300
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 24
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Einfluss der Ziehteilgröße auf die Reibung.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 200 400 600 800 1000 1200
Stempeldurchmesser d St [mm]
Reibungskraft Umformkraft
Blechwerkstoff St 14Blechdicke 1 mm
Kraft [kN
]
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 25
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit. Einfluss der Ziehteilgröße auf das maximaleZiehverhältnis.
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
0 200 400 600 800 1000 1200
Blechwerkstoff St 14Blechdicke 1 mm
Grenzziehve
rhältnis
Stempeldurchmesser d St [mm]
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 26
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Schmierstoffe.
Werkzeuggeometrie
rotationssymmetrischer Napf
Stempeldurchmesser 150 mm
Matrizenradius 8 mm
Stempelradius 10 mm
BlechUmformwerkstoff St 14
Blechdicke 0,8 mm
Oberflächenrauheit Ra 1,56 mm
Werkzeug
Werkzeugwerkst. GG25 CrMoV
Oberfläche geschliffen u. poliert
Umformparameter
Ziehverhältnis 2,0
Flächenpressung 2,5 N/mm²
Ziehgeschwindigkeit 14 mm/s
Reibungszahl
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Ziehöl
Zieh-
emulsion
Mit Wasser
verdünnte
Emulsion
Korrosions-
schutzöl
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 27
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Werkzeugwerkstoffe bei unbeschichtetem Blechmit Emulsion.
Werkzeuggeometrie
rotationssymmetrischer Napf
Stempeldurchmesser 150 mm
Matrizenradius 8 mm
Stempelradius 10 mm
BlechUmformwerkstoff St 14
Blechdicke 0,8 mm
Oberflächenrauheit Ra 1,56 mm
Werkzeug
Werkzeugwerkst. GG25 CrMoV
Oberfläche geschliffen u. poliert
Umformparameter
Ziehverhältnis 2,0
Flächenpressung 2,5 N/mm²
Ziehgeschwindigkeit 14 mm/sBeölung 3,5 g/m²
Cerrotru GG25
CrMoV
Zamak Kunststoff
Reibungszahl
Reißer
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 28
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit. Werkzeugwerkstoffe bei verzinktem Blech mitEmulsion.
Werkzeuggeometrie
rotationssymmetrischer Napf
Stempeldurchmesser 150 mm
Matrizenradius 8 mm
Stempelradius 10 mm
Blech
Umformwerkstoff St 14
Blechbeschichtung ZE 75/75Blechdicke 0,8 mm
Oberflächenrauheit Ra 1,56 mm
Werkzeug
Werkzeugwerkst. GG25 CrMoV
Oberfläche geschliffen u. poliert
Umformparameter
Ziehverhältnis 2,0
Flächenpressung 2,5 N/mm²
Ziehgeschwindigkeit 14 mm/sBeölung 3,5 g/m²
Cerrotru GG25
CrMoV
Zamak Kunststoff
Reibungszahl
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 29
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Werkzeugwerkstoffe bei unverzinktem Blech mitÖl.
Werkzeuggeometrie
rotationssymmetrischer Napf
Stempeldurchmesser 150 mm
Matrizenradius 8 mm
Stempelradius 10 mm
Blech
Umformwerkstoff St 14
Blechbeschichtung keineBlechdicke 0,8 mm
Oberflächenrauheit Ra 1,56 mm
Werkzeug
Werkzeugwerkst. GG25 CrMoV
Oberfläche geschliffen u. poliert
Umformparameter
Ziehverhältnis 2,0
Flächenpressung 2,5 N/mm²
Ziehgeschwindigkeit 14 mm/sBeölung 3,5 g/m²
Cerrotru GG25
CrMoV
Zamak Kunststoff
Reibungszahl
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 30
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Werkzeugwerkstoffe bei verzinktem Blech mit Öl.
Werkzeuggeometrie
rotationssymmetrischer Napf
Stempeldurchmesser 150 mm
Matrizenradius 8 mm
Stempelradius 10 mm
Blech
Umformwerkstoff St 14
Blechbeschichtung ZE 75/75Blechdicke 0,8 mm
Oberflächenrauheit Ra 1,56 mm
Werkzeug
Werkzeugwerkst. GG25 CrMoV
Oberfläche geschliffen u. poliert
Umformparameter
Ziehverhältnis 2,0
Flächenpressung 2,5 N/mm²
Ziehgeschwindigkeit 14 mm/sBeölung 3,5 g/m²
Cerrotru GG25
CrMoV
Zamak Kunststoff
Reibungszahl
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 31
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Verschleißfestere Werkstoffe.
TiC/TiN
Ampco 26
1.2379
GGG 60
GG 25CrMoV
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Reibungszahl Werkzeuggeometrie
rotationssymmetrischer Napf
Stempeldurchmesser 150 mm
Matrizenradius 8 mm
Stempelradius 10 mm
Blech
Umformwerkstoff ZStE 300 BH
Blechbeschichtung keineBlechdicke 0,8 mm
Oberflächenrauheit Ra 1,59 mm
Werkzeug
Oberfläche geschliffen u. poliert
Umformparameter
Ziehverhältnis 1,9
Flächenpressung 11,5 N/mm²
Ziehgeschwindigkeit 14 mm/sSchmierstoff EmulsionBeölung 3,5 g/m²
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 32
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 33
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Streifenziehversuch.
Flachbahn Umlenkung Ziehsicke
Coil Reinigungs- undBeölungsanlage
Werk-zeug
Getriebemotor
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 34
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Einfluss des Schmierstoffs imStreifenziehversuch.
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
0,22
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Kontaktnormalspannung [N/mm²]
Reibungszah
l
Schmierstoff 1Schmierstoff 2Schmierstoff 3Schmierstoff 4
Schmierstoffmenge: 2 g/m²Reinigung: Öl, HochdruckBlech: St 14 elo verzinktWerkzeug: GGG 60
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 35
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Einfluss der Schmierstoffmenge imStreifenziehversuch.
0,05
0,1
0,15
0,2
0 10 20 30 40 50 60
Kontaktnormalspannung [N/mm²]
Reibungszah
l0,7 g/m²
1 g/m²
1,5 g/m²
2 g/m²
3 g/m²
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 36
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Einfluss der Blechtopografie imStreifenziehversuch.
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0 10 20 30 40 50Kontaktnormalspannung [N/mm²]
Reibungszah
lBlech 1, 200 mm/sBlech 1, 100 mm/sBlech 1, 50 mm/sBlech 2, 200 mm/sBlech 2, 100 mm/2Blech 2, 50 mm/s
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 37
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Vergleich der Einflussgrößen auf die Reibung imStreifenziehversuch.
größte Differenz der maximalen
Kontaktnormalspannungen
[N/mm²]
Werkzeugtopografie
Schmierstoffm
enge
0
2
4
6
8
10
12
14
Blechtopografie
Werkzeug /
Beschichtung
Schmierstoffart
Verzinkt /
unbeschichtet
Reinigung des
Bleches
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 38
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 39
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Werkstoffprüfungen.
Blechwerkstoff• Zugversuche, Fließkurven• Grenzformänderungsdiagramme• Kreuzzugversuche, Fließortkurven• Rauheit• Beschichtungsdicke• Beschichtungshärte• Chemische Analyse
Werkzeug• Härte• Rauheit• Chemische Analyse
Schmierstoff• Schmierstoffmenge• Viskosität• Chemische Analyse
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 40
Prüfverfahren zur Beurteilung der Umformbarkeit.Zusammenfassung.
Neue Anforderungen an tribologische Systeme in derKarosserieumformung
• Neue und höherfeste Werkstoffe• Prozesssicherheit, Verringerung Ausschuss (Ökonomie)• Umweltverträglichere Schmiersysteme (Ökologie)
Gestiegene Anforderungen an Prüfmethoden• Entwicklung und Optimierung neuer Systeme• Eindeutige Spezifikation• Anforderungsgerechte Auswahl tribologischer Systeme
Paralleler Einsatz und Abgleich von:• Bauteilversuchen• Modellversuchen• Messmethoden
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 41
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 42
Blechtopografie.Dressierverfahren.Shot Blast Texturing (SBT).
Walze
Schleuder-rad
Strahlgut
½ m v²
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 43
Blechtopografie.Dressierverfahren.Electrical Discharge Texturing (EDT).
Elektroden
Schmelze
Entladungskanal
Geschmolzenes Walzenmaterial
Elektrolyt
Walze
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 44
Blechtopografie.Dressierverfahren.Laser Texturing (LT).
Laserstrahl
ChopperradLaseroptik
Laserstrahl
Inertgas
Schmelze
Erstarrte Schmelze
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 45
Blechtopografie.Dressierverfahren.Electron Beam Texturing (EBT).
Vakuum-Kammer
Elektronenstrahl
Elektronenoptik
Elektronenstrahl
Schmelze
Erstarrte Schmelze
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 46
Blechtopografie.Dressierverfahren.Precision Texturing / Pretex.
Walze
Reaktor
Drehender Deckel
Chrom-Elektrolyt
Anoden
Anode
Kathode / Walze
Abgeschiedene Chrom-Halbkugeln
Chrom-Elektrolyt
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 47
Blechtopografie, Dressierverfahren.Gegenüberstellung der Dressierverfahren.
SBTshot blasttexturing
EDTelectrical dischargetexturing
LTlaser beamtexturing
EBTelectron beam
texturing
PretexPreussagtexturing
Kosten pro Walze
Herstellungszeit
Wiederholbarkeit
Regelmäßigkeittechnischer Aufwand
Spitzenzahl
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 48
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 49
F
P
die
lubricantsheet
hydrostatisch wirkende
Schmiertaschen
F
P
U
hydrodynamischwirkendeFlanken
F
P
U
elasto-/plasto-hydrodynamischwirkende Stufen
F,h
P
.
Blechtopografie.Wirkmechanismen.
Quetsch-strömungen
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 50
Blechtopografie.Anforderungen an eine „Idealtopografie“.
• Hohe Spitzen• Schmale und kleine Spitzen• Einen flachen Kernbereich• Größeres Leervolumen im unteren Bereich• Hohe Anteile abgeschlossener Leerflächen• Topografie hoch abgeschlossen• Feine Spitzen• Hohe Anzahl von Tälern• Ungerichtete Strukturen
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 51
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 52
Rauheitskenngrößen.Begriffe.
offen
geschlossen
Leere (Materialanteil)
Abgeschlossenheit Dichte
leer
voll
weit
dicht
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 53
Rauheitskenngrößen.Mittenrauwert Ra.
∫=
L
o
adxxz
LR )(
1
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Rauheitskenngrößen.Materialanteilkurve.
0
2
4
6
8
10
12
14
0 50 100
Tiefe [µm]
Materialanteil [%]
Rpk
Spitzen-höhe
Rk
Kern-rauh-tiefe
Rvk
Riefen-tiefe
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 55
Blechtopografie.Aussagekraft von Rauheitskenngrößen.
Abgeschlossenheit
7. Geschlossenes Leervol.
8. Anteil geschl. Leerflächen
9. Perkolationstiefe
2D 3D
Leere (Materialanteil)
1. Spitzenhöhe
2. Materialanteil
3. Kernrautiefe
4. Leervolumen
Rpk
Mr1
Rk
Rpm
Dichte
5. Spitzenzahl
6. Talzahl
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 2D-Spitzenzahlen.
2D-Spitzenzahl, PC = 2
Tribologisch relevante Spitzenzahl ≈ 11 ?
3D-Spitzenzahl, Sds = 48
0,5 mm
0,5 mm
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 57
Blechtopografie.Aussagekraft von Rauheitskenngrößen.
Abgeschlossenheit
7. Geschlossenes Leervol.
8. Anteil geschl. Leerflächen
9. Perkolationstiefe
2D 3D
Leere (Materialanteil)
1. Spitzenhöhe
2. Materialanteil
3. Kernrautiefe
4. Leervolumen
Rpk
Mr1
Rk
Rpm
Dichte
5. Spitzenzahl
6. Talzahl
(PC)
(Sdv)
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 69
Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
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Rauheitskenngrößen.Berechnung von 3D-Rauheitskenngrößen.
Geschlossenes Leervolumen Vcl
Maximaler geschlossenerLeerflächenanteil aclm
Maximale Spitzenzahl nmam
Anzahl Schmiertaschen nvcl
...
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 74
Blechtopografie.Aussagekraft von Rauheitskenngrößen.
Abgeschlossenheit
7. Geschlossenes Leervol.
8. Anteil geschl. Leerflächen
9. Perkolationstiefe
2D 3D
Leere (Materialanteil)
1. Spitzenhöhe
2. Materialanteil
3. Kernrautiefe
4. Leervolumen
Rpk
Mr1
Rk
Rpm
Spk
Sr1
Sk
Vvo
Dichte
5. Spitzenzahl
6. Talzahl
(PC)
(Sdv)Nmam
Nvom
Vcl
Aclm
p
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Blechtopografie.Klassifizierung von Rauheitskenngrößen.
3D-Messungen
Ra, Rt, Ry PC, ...
Rk, Rpk, Rvk, ...
2D-Messungen oderberechnete Schnitte
2D-Kenngrößen
-2D-Abbott
- ...
direktberechnet:- Tiefe- Volumen- mittlere Rautiefe- Spitzen- ...
über be-rechneteKurven
21
St, Sa,Sku,Svr, ...
Sk, Spk, Svk, ...
3D-Kenngrößen, gleiche Methoden wie bei 2D
direktberechnet:- Tiefe- Volumen- mittlere Rautiefe- Spitzen- ...
über be-rechneteKurven
-3D-Abbott
- ...
3 4
Nmam, ...
Αclm, Vcl,
- geschlos- sene Vo- lumina u. Flächen
- ...
PC, Sds
...
-3D-Tal u. Spitzen- zahlen- Isotropie- Perkola- tionstiefe- ...
- Fourier- analyse- Spectral- analyse- Auto-korrelation- ...
Str, Sal,…
“echte” 3D-Kenngrößen
direkt berechnet:
über be-rechnete Kurven:
über be-rechneteFlächen:
5 6 7
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 76
Tribologie, Schmierung und Topografie in derProzesskette Rohkarosserie.Inhalt.Tribologische Systeme der Karosserieumformung
KarosseriewerkstoffeBlechbeschichtungenSchmierstoffeinsatz in der SerienfertigungWerkzeugwerkstoffe und Werkzeugbeschichtungen
Prüfverfahren zur Beurteilung der UmformbarkeitBauteilversucheModellversucheMessmethoden
BlechtopografieDressierverfahrenTribologische Wirkmechanismen der TopografieRauheitskenngrößenExperimentelle Untersuchungen
Zusammenfassung
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 77
Blechtopografie.Vergleich von Ergebnissen ausRauheitsmessung und Streifenziehversuch.
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0,01 0,02 0,03 0,04
2D- SpitzenzahlPC
R²=0,28
Standardabweichung der Reibungszahlüber die Ziehgeschwindigkeit
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 78
Blechtopografie.Vergleich von Ergebnissen ausRauheitsmessung und Streifenziehversuch.
0
500
1000
1500
2000
0 0,01 0,02 0,03 0,04
Standardabweichung der Reibungszahlüber der Ziehgeschwindigkeit
3D- SpitzenzahlNma(k)
R²=0,77
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 79
Blechtopografie.Vergleich von Ergebnissen ausRauheitsmessung und Serienfertigung.
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 80
Blechtopografie.Zusammenfassung.
Zur Beschreibung der Oberfläche sind eindeutigeBegriffe erforderlich.
Das Verständnis der Wirkungsweise / Funktion derOberfläche ist für die Auswahl geeigneter Kenngrößenunumgänglich.
Nur „echte“ 3D-Kenngrößen bringen Vorteilegegenüber 2D-Oberflächenkenngrößen.
Tribologie,Schmierung undTopografie in derProzessketteRohkarosserieBMW Group18.2.2003Seite 81
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
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