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Information für die Wissenschaft Nr. 66 | 6. Dezember 2012
Schwerpunktprogramm „Trockenumformen – Nachhaltige Produktion durch Trockenbearbeitung in der Umformtechnik“ (SPP 1676)

Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Einrichtung des Schwerpunktprogramms „Trockenumformen – Nachhaltige Produktion durch Trockenbearbeitung in der Umformtechnik“ (SPP 1676) beschlossen. Als Laufzeit sind sechs Jahre, bestehend aus drei zweijährigen Förderperioden, vorgesehen.

Die Umformtechnik gehört aufgrund der hohen Werkstoffausnutzung zu den energieeffizienten Produktionsverfahren. Aus ökonomischen und geoökologischen Gesichtspunkten besteht die Herausforderung, in Zukunft auf den Einsatz von Schmierstoffen verzichten zu können. Derzeit werden in allen Verfahrensgruppen der Umformtechnik immer noch Schmierstoffe zur Verringerung der Reibung und der Werkzeugbelastung sowie zum Schutz der Halbzeuge und der Zwischenprodukte vor Korrosion eingesetzt.

Der zentrale Beitrag dieses Schwerpunktprogramms soll darin bestehen, durch Schaffung von neuen schmierstofffreien Umformverfahren sowie der Adaption relevanter Technologien dem Ziel der schmierstofffreien Fabrik näherzukommen. Unter Trockenumformung soll dabei ein Prozess verstanden werden, bei dem ein Bauteil das Umformwerkzeug dergestalt verlässt, dass zur weiteren Verarbeitung in Beschichtungs- oder Fügeprozessen eine durch den Umformprozess bedingte Vorbehandlung (Reinigung, Trocknung usw.) nicht erforderlich ist. Der Wegfall des Schmierstoffes als Zwischenschicht zwischen Werkstück und Werkzeug bewirkt beim Umformprozess eine intensivere Wechselwirkung der Werkstück- und Werkzeugoberflächen, sodass die wesentliche Herausforderung darin besteht, diese Wechselwirkung auch ohne Schmierstoff beherrschbar zu machen. Aus dem Verständnis des Einflusses der tribologischen Systemgrößen, zum Beispiel über die Modellierung der elementaren Wechselwirkungsprozesse unter Berücksichtigung der Bedingungen des Gesamtprozesses, soll ableitbar werden, inwieweit eine kritische Verkleinerung des Prozessfensters vermieden werden kann.

Werkzeugseitig stehen die Mechanismen des Werkzeugversagens im Vordergrund. Um die Trockenumformung wirtschaftlich anwendbar zu machen, soll bei steigender Beanspruchung auch die Beanspruchbarkeit der Werkzeuge durch eine zielgerichtete Oberflächentechnik gesteigert oder auf der Seite des Umformprozesses die Beanspruchung durch geeignete Maßnahmen, zum Beispiel prozesstechnische Adaptionen, verringert werden. Der Fokus innerhalb des Schwerpunktprogramms liegt auf den Bereichen Umformtechnik, Oberflächentechnik und Versagensmodellierung. Ein Projekt muss Schwerpunkte in mindestens zwei der drei Teilgebiete setzen.

Umformtechnik

In umformtechnisch orientierten Projekten ist die Beanspruchung der Werkzeuge unter den Bedingungen der Trockenumformung zu bestimmen und eine Methode zur Adaption (prozess- oder oberflächenseitig) vorzuschlagen. Die Methode muss für mindestens ein Verfahren der Kaltumformung zur Stückgutherstellung mit Standardmaterialien bezüglich der Werkstückwerkstoffe (Stahl und Aluminiumlegierungen) anwendbar sein, bei dem derzeit noch mit Schmierstoffen gearbeitet wird.

Oberflächentechnik

Im Vordergrund der Arbeiten soll die Erzeugung geeigneter Oberflächen durch Strukturierung (z. B. mechanisch oder mittels Laser), Beschichtung (z. B. PVD/CVD) oder Modifikation (z. B. DFG-Schwerpunktprogramm „Trockenumformung 2 – Wärmebehandlung oder Nitrierung“) und deren Anwendung stehen. Je nach Ansatz ist im Antrag plausibel zu begründen, dass der vorgeschlagene Ansatz geeignet ist, auf reale Umformwerkzeuge (d. h. auf konvex und konkav gekrümmte Flächen sowie auf dreidimensional gekrümmte Oberflächen wie z. B. Sattelflächen) anwendbar ist beziehungsweise dass modifizierte Werkstückoberflächen die umformtypischen Formänderungen ertragen, ohne dass der gewünschte Effekt verloren geht.

Versagensmodellierung

Zur Identifikation der Versagensmechanismen sollen physikalisch motivierte analytische oder numerische Modelle erstellt werden, die mit den experimentell ermittelten Daten validiert werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Modelle die umformtypischen Belastungen hinreichend beschreiben. Eine rein theoretische Behandlung ist hierbei nicht zulässig. Abhängig vom Belastungskollektiv und dem Versagensverhalten kann es sinnvoll sein, dass sich die Modellierung nicht unmittelbar auf das tribologische Verhalten bezieht.

Alle Methoden beziehungsweise deren Ergebnisse müssen auf umformtypische Geometrien angewendet und dann mit einem entsprechenden Beanspruchungskollektiv hinsichtlich der Eignung für die Trockenumformung experimentell geprüft werden.

Um zu gewährleisten, dass der Erkenntnisgewinn in den Bereichen Beanspruchbarkeit, Beanspruchung und Versagensverhalten im trockenen Umformprozess im Vordergrund steht, können Vorhaben mit folgender Zielsetzung nicht gefördert werden:

  • Untersuchung einzelner Aspekte wie beispielsweise der Schichteigenschaften oder Werkzeugparameter ohne direkten Bezug zu einem Umformprozess.

  • Untersuchung von Versagensverhalten, das nicht durch den Übergang von der geschmierten zur trockenen Umformung bestimmt wird. Umformverfahren, die kein Werkzeug zur Umformung einsetzen oder deren Prozesse bereits jetzt ohne Schmierstoff eingesetzt werden. Dies schließt unter anderem die Untersuchung von wirkenergie- und wirkmedienbasierten Verfahren sowie solcher, die auf Hochtemperatur basieren, aus.

  • Projekte, die die Warmumformung adressieren.

  • Untersuchungen, die im Wesentlichen auf den Einsatz bereits gängiger sogenannter Trockenschmierstoffe abzielen.

  • Als Werkstückwerkstoffe sollen Eisen- und Aluminium-Basislegierungen untersucht werden, die für kalte Umformprozesse geeignet sind. Hierdurch werden die Materialklassen der Polymere und Gläser ausgeschlossen.

Abhängig vom jeweiligen Ansatz wird es an einzelnen Forschungsstandorten nicht das gesamte erforderliche Spektrum an benötigtem Know-how und Equipment für eine erfolgreiche Bearbeitung geben. In solchen Fällen sollen zwei oder drei Arbeitsgruppen einen Cluster bilden, die einen gemeinsamen Antrag bearbeiten. Die Bearbeitung einzelner Teilaspekte innerhalb eines solchen DFG-Schwerpunktprogramms „Trockenumformung 3 – Clusters“ kann durchaus beinhalten, dass sich einzelne Arbeitsgruppen zum Beispiel nur mit der Modellierung auseinandersetzen. Das Gemeinschaftsprojekt muss jedoch die oben genannten Randbedingungen erfüllen.

Die eingehenden Anträge werden voraussichtlich im Juni 2013 im Rahmen eines Kolloquiums mit anschließender Gutachtersitzung besprochen. Die Antragsteller werden rechtzeitig nach Antragseingang von der DFG dazu eingeladen.

Reichen Sie den Antrag mit sämtlichen Anlagen in elektronischer Form über das elan-Portal bis zum 18. März 2013 bei der Geschäftsstelle der DFG, Dr.-Ing. Ferdinand Hollmann, unter dem Kennwort „SPP 1676/1“ ein. Ein weiteres Exemplar des Antrags ist jeweils in elektronischer Form an den Koordinator des Schwerpunktprogramms zu senden.

Weiterführende Informationen

Ausführlichere Informationen zu Schwerpunktprogrammen finden Sie im Internet unter:

Fachliche Fragen beantwortet der Koordinator des Schwerpunktprogramms:

  • Prof. Dr.-Ing. Frank Vollertsen,
    BIAS Bremen,
    Klagenfurter Straße 2,
    28359 Bremen,
    Tel. +49 421 218-58001,
    vollertsen@bias.de

Informationen zur Antragstellung bei der DFG erteilen:

Inhaltliche Informationen:

Formale Informationen:

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