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Umformwerkzeuge Oberflächen komplexer Werkzeuge durch Laserbehandlung schützen

| Autor/ Redakteur: Daniel Heinen und Kristian Arntz / Dietmar Kuhn

Werkzeuge für die Umformtechnik sind stets hohen Belastungen und damit auch dem Verschleiß ausgesetzt. Das beeinträchtigt natürlich auch die Standzeiten. Um diesen Negativ-Faktoren entgegenzuwirken untersucht das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT eine Oberflächenbehandlung mit Lasertechnik.

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(Bild: IPT)

Schmiede,- Aluminium- Druckgusswerkzeuge aber auch Tiefziehwerkzeuge unterliegen oft einem hohen abrasiven und adhäsiven Verschleiß. Dies ist auch die Hauptursache für die oft kurzen Standzeiten der Werkzeuge. Um solche Werkzeuge effektiv vor abrasivem und adhäsivem Verschleiß zu schützen, bietet sich die Laseroberflächenbehandlung als besonders flexibles und effizientes Verfahren an (Bild 1). Durch die gezielte Wahl des Werkstoffs, der Wärmebehandlung und des Verfahrens zur Oberflächenbehandlung lassen sich die Standzeiten deutlich erhöhen.

Die Laserstrahltechnologie hält für die verschiedenen Anforderungen unterschiedliche, flexible Lösungen zur konturnahen Bearbeitung bereit: das Laserstrahlbeschichten, -härten, -legieren und/oder -dispergieren. Aufgrund der verschiedenen für die Verfahren eingesetzten Werkzeugwerkstoffe werden die Prozesse der Laseroberflächenbehandlung für diese entsprechend qualifiziert. Auf dieser Basis sind gerade für Presshärtewerkzeuge (Warmumformwerkzeuge) maßgeschneiderte Lösungen möglich, um dem komplexen Belastungskollektiv aus thermischem und abrasivem Angriff zu begegnen.

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Der Laser bietet mehrere Lösungen zur Oberflächenbehandlung

Das Fraunhofer- Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen untersucht in aktuellen Forschungsprojekten Verfahrenskombinationen zur Laseroberflächenbehandlung, die die Standzeiten von Bauteilen und Werkzeugen deutlich verlängern können. Im EU- geförderten Forschungsprojekt Curare war das Ziel, das Verfahren des Laserlegierens/-dispergierens kombiniert mit einer anschließenden Nitrierbehandlung auf Schmiede- und Aluminium-Druckgusswerkzeuge anzuwenden. Eine Standzeitverlängerung von Tiefziehwerkzeugen wird im BMBF-geförderten Forschungsprojekt InnocaT3 mittels Geometrieoptimierung und anschließender Laseroberflächenbehandlung untersucht.

Die Herausforderungen zur Umsetzung insbesondere des Laserlegierens/-dispergierens sowie des Laserauftragschweißens sind vielfältig. Einerseits muss das prozesstechnologische Know-how entwickelt werden, andererseits gilt es dieses auf komplexe Geometrien zu übertragen. Hierzu sind sowohl ein adäquates Maschinensystem als auch ein geeignetes CAM-Modul notwendig.

Laseroberflächenbehandlung an Stellen mit lokal auftretendem Verschleiß sinnvoll

Da die Standzeit der Werkzeuge häufig durch einen hohen lokal auftretenden Verschleiß, etwa an konvexen Radien, begrenzt wird, ist eine zusätzliche Laseroberflächenbehandlung in diesen Bereichen technologisch und wirtschaftlich sinnvoll. Beim Laserlegieren wird der Werkstoff in einer oberflächennahen Randzone umgeschmolzen. Dabei wird ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff (beispielsweise WC-Co-Cr, TiC, VC) kontinuierlich in die Schmelze eingebracht, aufgelöst und nach dem Erstarren in Lösung gehalten.

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