15/11/2017
Door Ad Spijkers
Staal omvormen en de smeedmatrijs zo goed mogelijk beschermen tegen slijtage: dat is de belangrijkste doelstelling van het onderzoeksproject 'Halbwarm DLC2' van het Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) en het Institut für Oberflächentechnik (IOT) van de Technische Universität Braunschweig.
Hoe langer machines en gereedschappen meegaan, des te lager de kosten voor productiebedrijven. Daarom wordt voortdurend onderzoek gedaan om gereedschap te beschermen tegen slijtage. Zogenaamde 'Diamond Like Carbon' lagen (DLC, koolstoflagen die zo hard zijn als diamant) zijn een mogelijkheid. Ze zijn geschikt als beschermingslaag voor smeedmatrijzen, vooral bij halfwarme omvorming.
Onderzoekers van IPH bewezen al in 2011 dat DLC gecoate smeedmatrijzen minder slijtage vertonen dan matrijzen zonder beschermende coating. In het project 'semi-hot DLC2' wordt het onderzoek met slijtvaste coatings voortgezet, samen met de TU Braunschweig.
Op basis van de bevindingen uit het vorige project verdiepen de onderzoekers zich nu in de vraagstukken welke samenstelling van de lagen de best bescherming biedt tegen slijtage, welk smeermiddel is het meest geschikt en wat de samenhang is tussen de slijtage en de omvormtemperatuur.
Lagere temperatuur, meer slijtage
Halfwarm smeden gebeurt in een temperatuurbereik van 600°C tot 900°C. In tegenstelling tot warmsmeden bij ongeveer 1200°C biedt dit een aantal voordelen, met name een betere en nauwkeurigere oppervlaktestructuur van de componenten. Om kouder staal om te vormen, is een hogere vormkracht nodig, waardoor de matrijs veel meer mechanisch wordt belast. Tegelijkertijd is de thermische belasting van de matrijs lager en wordt een hogere componentkwaliteit bereikt.
Door de hogere mechanische belasting slijten de smeedmatrijzen sneller en moeten ze vaker worden vervangen, wat kosten veroorzaakt. Om de winstgevendheid van halfwarm smeden te verhogen, moeten in de toekomst DLC-beschermlagen worden gebruikt, die slijtage verminderen en de matrijzen duurzamer maken. Hierdoor kunnen bedrijven over een langere periode componenten met een hoge nauwkeurigheid en een goede oppervlaktekwaliteit produceren.
Temperatuurmeting
In het project 'Halbwarm DLC2' smeden onderzoekers van IPH kleine series in het halfwarme temperatuurbereik en testen ze vervolgens. Hoe lang een DLC-laag meegaat, hangt niet alleen af van de mechanische belasting, maar ook van de temperatuur. Daarom is het beste om een uniforme temperatuur te handhaven die zo hoog is als nodig is om de beschermende laag te behouden. Binnen het project ontwikkelen de onderzoekers daarom een methode voor temperatuurmeting.
Tot nu toe wordt de omvormtemperatuur meestal optisch of tactiel bepaald, maar die metingen zijn vaak onnauwkeurig. Temperaturen tijdens het smeden direct op het matrijsoppervlak meten, is niet betrouwbaar mogelijk. Om dit te veranderen, willen de onderzoekers een dunne film sensor ontwikkelen die direct op het oppervlak van de matrijs kan worden gemonteerd. Met behulp van de meetgegevens willen de onderzoekers een directe relatie vinden tussen de procestemperatuur en de slijtage van de DLC-laag.