Stabilisierung der Prozessführung bei der Herstellung von Weißblech-Getränkedosen durch Optimierung des tribologischen Gesamtsystems

摘要

Lubrication and surface-conditions have been a subject of major concern in the design of materials for the DWI - steel can production. Consistency of the tin-layer (thickness below 1 μm) and structure of the steel matrix are mainly responsible for the tribological quality of the tin-plate material. During can production, deep drawing is made at more than 200 strokes per minute and successive ironing takes place with a rate of more than 300 strokes per minute. This leads to very ambitious process boundary conditions. Cooling and lubrication have to assure maximum process temperatures below the melting point of tin (232℃). Resulting can wall thickness is below 70 μm, which results in a high risk of crack formation and requires accurate tension control. Results of different experiments are presented, that show the main influence of the tin layer on lubrication for the deep drawing as well as for the ironing process. The tin is also responsible for the appearance of the can by providing a visible surface shine. The morphology of the tin layer and its surface distribution passing through different process steps is presented together with tooling variations and temperature measurements. The influence of additional coolants on friction and temperature is also shown with a special focus on tool wear appearance.%Bei der Herstellung von Getränkedosen aus Weißblech kommt der Oberflächenstruktur und der Schmierung der Grundmaterialien eine entscheidende Bedeutung zu. Die Beschaffenheit der ca. 0,5-0,7 μm dicken Zinnschicht und die MikroStruktur der darunter liegenden Stahl-Oberfläche bestimmen die tribologische Qualität des Weißbleches. Die Fertigung der Dosenrümpfe geschieht durch die beiden aufeinander folgenden Prozessschritte Tiefzug und Abstreckzug, deren Prozessrandbedingungen extreme Anforderungen an das Grundmaterial stellen. Zur Vermeidung von Rissen müssen die Umformkräfte und die Verteilung von Inhomogenitäten in der Stahlmatrix sehr genau kontrolliert werden. Weiterhin muss die Prozesstemperatur in der Umformzone unter dem Schmelzpunkt von Zinn (ca. 232℃) gehalten werden, da ein Aufschmelzen das optische Erscheinungsbild und den Korrosionsschutz der Dosenoberfläche zerstören würde. Es wird anhand von Experimenten gezeigt, dass die Zinnschicht des Weißbleches eine entscheidende Bedeutung für die Schmierung des tribologischen Gesamtsystems hat, sowohl im Tiefzug als auch im Abstreckzug. Die Veränderung der Morphologie und der Oberflächenverteilung dieser Zinnschicht während der einzelnen Prozessschritte wird gezeigt und die Einflüsse von Temperaturverlauf und Werkzeugauslegung werden beleuchtet. Der Einfluss von zusätzlich eingesetzten Kühlmitteln auf die Temperaturverteilung und auf die Reibungsverhältnisse in der Umformzone wird unter spezieller Berücksichtigung des Verschleißes der eingesetzten Abstreckwerkzeuge dargestellt.