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Oberflächentechnik

Laserhärten erreicht neue Qualität

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Bei der Dienstleistungshärtung sind die täglichen Aufgaben im Standardbereich die Bearbeitung von Präzisionsteilen mit geringer Maßänderung bis zu großen Pumpengehäusen, Seillaufrollen und Großmatrizen mit mehreren Hundert Kilogramm Gewicht. In der qualitativen Härtung werden Funktionsschichten wie Schneiden und massenlose Gefügestabilisatoren zur Erhöhung der Bauteilsteifigkeit und zur Verringerung der Bauteildicken mit Materialeinsparung angewendet. Die Gefügestabilisatoren sind Laserspuren mit höherer Festigkeit, die im Bauteil eine hohe Formsteifigkeit und eine verringerte Schwingungsneigung erzeugen. Diese Wirkung kann man als Konstruktionsidee über die FEM-Analyse bei der Auslegung von Bauteilen nutzen. Die Vertiefung dieser Ergebnisse zur allgemeinen Anwendung ist zurzeit noch auf Einzelanwendungen und den Forschungsbereich begrenzt.

Laserhärten verlängert Lebensdauer

Ein gutes Beispiel für die Möglichkeiten des Laserhärtens ist die Verlängerung der Lebensdauer von Messern für Fleischereimaschinen, und zwar sowohl bei Fleischwolfmessern als auch bei Kuttermessern. Letztere werden zur Feinbrätherstellung bei Wurstmassen eingesetzt und haben eine Umlaufgeschwindigkeit von 700 km/h. Diese Dünnblechwerkzeuge sind maximalen Belastungen durch Schläge oder Schwingungen ausgesetzt. Die Hauptlast entsteht durch Schwingungen über den Lebenszyklus der Werkzeuge. Es tritt sehr häufig die Bruchursache durch Materialermüdung ein. Das Laserhärten bietet die Möglichkeit, die Ursachen der Messerzerstörung zu mindern, indem der weiche Messerkörper mit Laserspuren zur Stabilisierung versehen wird. In Versuchen zeigt sich, dass die lasergehärteten Kuttermesser das kleinste Schwingungsvolumen und eine kurze Schwingungsdauer im Vergleich zu volumengehärteten oder ungehärteten Messern haben.

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Funktionshärtung übertrifft DIN-Norm

Bei der Laserhärtung von Fleischwolfmessern werden sie im Gegensatz zur DIN-Norm nicht volumengehärtet, sondern nur mit Funktionshärtungen an den Schneiden vergütet. Die Naben haben in der Werkzeugkombination die Aufgabe einer lagernden Welle. Als Verschleißschutz gegen Abrieb erfolgt hier auch die Härtung. Nach DIN wird die Nabe weichgeglüht, um schlagartige Kräfte aufzunehmen. Solche Maximalbelastungen werden vom gesamten Messerkörper im weichen Zustand abgefangen und verhindern die Totalzerstörung der Werkzeuge mit einem Maschinenschaden und Rohstoffverlusten.

Das Messer entspricht nicht mehr der DIN und ist dem Stand der Technik funktionell überlegen. Außerdem reduziert sich der Energieverbrauch bei der Laserhärtung im Vergleich zur Volumenhärtung um 75 %, die Fertigungsdauer sinkt von 10 auf 0,3 h.

Allerdings sind Dünnblechwerkzeuge nicht in der Lage, die für den Härteprozess notwendige Selbstabschreckung zu sichern. Damit fehlen die erreichbaren Härten für die Funktion als Werkzeug. Deshalb wurde die sofortige Nachkühlung, der Laserspur folgend, entwickelt. Damit gelingt es, auch sehr dünnwandige Werkstoffe gezielt und schnell bis zum Martensitstartpunkt und weiter herunter zu kühlen, um eine gute Härtung sicherzustellen. Es können auf diese Weise Bleche mit einer Wandstärke von 1,5 mm gut gehärtet werden.

* Dr. Eberhard Haack ist Geschäftsführer der Inofex GmbH in 06108 Halle/Saale

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