Fundamentals of lubricated friction in deep drawing of zinc coated sheet metal considering contacting surface morphology and chemistry

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit dem tribologischen System beim Tiefziehen, das sich aus verzinktem Stahlblech, Werkzeugstahl und flüssigem Schmierstoff bei Raumtemperatur zusammensetzt. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt insbesondere auf dem Zusammenhang zwischen dem Reib- und Verschleißverhalten des Tribosystems und der Zusammensetzung und der Topologie der Kontaktflächen. Die Beschreibung des Tribosystems basiert auf der Annahme, dass die Reibung und der Verschleiß durch Adhäsion und Furchung entstehen. Die Untersuchungen folgen einem modularen experimentellen Rahmen, der tribologische Versuche, Oberflächenanalysen und mechanisches Testen verbindet. Die Arbeit beginnt mit einer umfangreichen Übersicht des Stands der Technik, in der die wichtigsten Ansätze bezüglich der Charakterisierung von Reibung und Verschleiß, der Theorie des Reibmechanismus, die bestehenden Reibungsmodellierungsverfahren und das Konzept des dritten Körpers betrachtet werden. Es folgt die Beschreibung der angewendeten Vorgehensweise und der für die Untersuchung genutzten Materialien. Im Hauptteil der Dissertation werden die Ergebnisse der Versuche vorgestellt. Zunächst wird der Einfluss der Oberflächentopologie auf die Reibung betrachtet. Hierbei hängt die Topographie der Werkzeugoberfläche im Wesentlichen von der Art und der Genauigkeit des Endbearbeitungsprozesses ab. Die Ausgestaltung der Blechoberfläche wird durch das dem Walzprozess folgende Dressieren bestimmt. Anhand der Untersuchungen konnten die wesentlichen Eigenschaften der Kontaktoberflächen, die das Reibverhalten des Tribosystems beeinflussen, ermittelt werden. Es wurden Bleche von einem Coil mit stufenweise unterschiedlichen Dressiergraden in Streifenzieh- und Stiftscheibeversuchen untersucht, wobei Werkzeuge mit unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten eingesetzt wurden. Ein wichtiger Teil der Arbeit stellt die anschließende Ermittlung des Anteils der Oberflächenstruktur am Reib- und Verschleißverhalten des Tribosystems dar. Bei einem Vergleich zweier unterschiedlicher Arten von Zinkbeschichtung, nämlich der reinen Zinkbeschichtung und der Zink-Magnesium-Beschichtung konnte beobachtet werden, dass eine Änderung der chemischen Zusammensetzung der Beschichtung einen erheblichen Unterschied im Verhalten des jeweiligen Tribosystems zur Folge hat. Diese Erkenntnis ermöglicht weitere Einsichten hinsichtlich des Hauptmechanismus der Reibung beim Tiefziehen