Fraunhofer-Gesellschaft 
Robuste thermoresistive Sensorik für die Halbwarmumformung
Für ein besseres Verständnis von Werkzeugverschleißprozessen in der Halbwarmumformung müssen die realen Temperaturverteilungen auf der Werkzeugoberfläche während des Umformprozesses erfasst werden. Um diese zu ermitteln, wird am Fraunhofer IST ein Schmiedegesenk mit einem thermoresistiven und zugleich verschleißbeständigen Dünnschichtsystem beschichtet, das in direktem Kontakt mit dem glühenden Stahlrohling die Temperaturverteilung in der Form misst.
Aufbau des Schichtsystems
Das sensorische Schichtsystem wird auf eine Werkzeughälfte abgeschieden. Vor der Grundbeschichtung mit einer ca. 4,5 µm dicken Aluminiumoxidschicht (Al2O3) wird die Werkzeugoberfläche poliert, sodass sie eine gemittelte Rautiefe im Bereich von 0,1 µm aufweist. Darauf wird eine 0,2 µm dünne Chromschicht homogen abgeschieden. Mittels Photolithographie und anschließender nasschemischer Ätzung werden die mäanderförmigen Sensorstrukturen in unterschiedlichen Bereichen des Werkzeugs angeordnet. Diese Dünnschichtsensoren, deren Leiterbahnen vom Umformbereich über komplexe Konturen in den unbelasteten Kontaktierungsbereich verlaufen, werden mit einer zweiten 3 µm dicken elektrisch isolierenden und vor Verschleiß schützenden Al2O3-Schicht versehen.
Messungen im Halbwarmprozess
Das sensorische Schmiedegesenk wurde am Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH (IPH) in eine Presse eingebaut und Halbwarmumformungsversuche mit 750 °C heißen Stahlrohlingen durchgeführt. Dabei wurden als Prozessparameter eine Kraft von 2600 kN und eine Anschlaghöhe von 32,5 mm gewählt Die einzelnen Sensorstrukturen messen in Vierleitertechnik ortsaufgelöst die Temperaturverteilung auf der Gesenkoberfläche.
Das Projekt
Diese Ergebnisse wurden innerhalb des von der Deutschen Forschungsgesellschaft geförderten Projektes "Untersuchungen zur Vorformung von Stahl im Halbwarm-temperaturbereich mit modifizierten kohlenstoffbasierten Schichtsystemen" (Fördernummer BR 2178/42-1) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH (IPH) und dem Institut für Oberflächentechnik IOT in Braunschweig erzielt.
