Ultrakurzpulslaser statt Senkerodieren Prägestempel: Standzeit verlängern, Kosten reduzieren

Autor / Redakteur: Peggy Wandel / M.A. Frauke Finus

Ultrakurzpulslaser statt Senkerodieren: Ceratizit Empfingen und Hailtec zeigen, dass moderne Verfahren wie die Ultrakurzpulslaser-Bearbeitung Prägestempeln eine deutlich höhere Standzeit verleihen als das herkömmliche Senkerodieren.

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Hartmetall-Prägestempel für Einpresszonen aus dem Werkstoff CF-H40S+ von Ceratizit, Konturentiefe 400 μm.
Hartmetall-Prägestempel für Einpresszonen aus dem Werkstoff CF-H40S+ von Ceratizit, Konturentiefe 400 μm.
(Bild: Hailtec)

Millionen Hübe pro Tag fordern Werkzeugsystemen und den darin enthaltenen Aktiv-Komponenten einiges ab. Standzeit verlängern heißt daher Stillstand minimieren und Kosten reduzieren. Besonders für verschleißintensive Werkzeugkomponenten wie Prägestempel für Einpresszonen, Steckverbinder oder Mikrozahlenpräger verspricht die Ultrakurzpulslaser-Technologie ein großes Optimierungspotential hinsichtlich Standzeit der Stempel, Reproduzierbarkeit sowie der Wiederbeschaffungszeit.

Senkerodieren versus UKP-Laserbearbeitung

„Die Laserablation durch UKP-Laser vermeidet bekannte Nachteile des Senkerodier-Verfahrens wie zum Beispiel Zugeigenspannungen in der äußeren Randschicht des Werkstoffes“, erläutert Maximilian Voigt, Team Leader Productmanagement bei Ceratizit. Während beim Senkerodieren schädliche Zugspannungen entstünden, bringe der Laser kaum eigene Spannungen ins Material ein und könne daher als neutral betrachtet werden. Druckeigenspannungen hingegen wirken dem Risswachstum entgegen und sind daher erwünscht. Diese können durch einen nach der Laserbearbeitung

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durchgeführten Strahlprozess nochmals deutlich erhöht werden. Ein weiterer Nachteil des Senkerodierens ist in Voigts Augen die sogenannte weiße Schicht: „an der Oberfläche der erodierten Kontur entsteht eine Schmelzzone, die den Grundwerkstoff schwächt und zu vorzeitigem Verschleiß oder gar Werkzugbruch führen kann“.

In gemeinsamen Versuchsreihen von Hailtec und Ceratizit Empfingen wurden alle Hartmetallsorten der CF-Sortenreihe der UKP-Laserablation unterzogen und im Anschluss metallurgisch auf Gefügeschädigungen, Eigenspannungen und mechanische Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse: Dank der enorm kurzen Pulszeiten entsteht ein kalter Materialabtrag, die Gefügestruktur der Hartmetalle bleibt nahezu unbeeinflusst. Thermische Risse und weitere Materialschädigungen sind kaum bis gar nicht detektierbar. „Die materialschonende Arbeitsweise verbunden mit der hohen Präzision des Ultrakurzpulslaser-Verfahrens eröffnen ein ungeahntes Potential der neuen Technologie für die schnelle und reproduzierbare Herstellung von Prägewerkzeugen“, so Hailtec-Geschäftsführer Alexander Renz.

Laser vereinfacht Formherstellung und damit Prozesskette

Bei der Ultrakurzpuls-Laserbearbeitung ist im Vergleich zum Senkerodieren keine Elektrodenherstellung nötig. Das macht den Fertigungsprozess einfacher und exakter, da die Hartmetalloberfläche weder von verschleißenden Elektroden noch von einer aufgrund der Senkerosion raueren Oberflächengüte beeinträchtigt wird. Der Laser erstellt das Fertigteil direkt vom 3D-Modell, in nur einer Aufspannung und ohne einwirkende Bearbeitungskräfte. Zudem arbeitet er mit wiederholgenauen Prozessparametern reproduzierbar, so dass ein Stempel exakt dem anderen gleicht.

Hochpräzise Kavitäten mit Flankenwinkel bis 10°, innenliegende Eckenradien bis zu 0,03 mm und Oberflächengüten bis Ra 0,1 μm realisiert der UKP-Laser. „Eine Pulslänge des Femtosekundenlasers ist eine Billion Mal kürzer als ein menschlicher Lidschlag“, erläutert Renz.

In Notfällen, zum Beispiel bei einem Stempelbruch, fertigt Hailtec Ersatz als Expressdienstleistung. Auf Präzisionsanlagen von DMG Mori und Trumpf erzielt der Jobshop dabei Fertigungstoleranzen innerhalb von +/- 0,005 mm. Die Qualität dokumentiert Hailtec im eigenen Labor für Auftraggeber: Ein Messsystem zur optisch hochauflösenden 3D-Oberflächenmessung von Alicona misst die Qualität bis in den Mikro- und Nanometerbereich.

V.l.n.r.: Ceratizit-Vorstansmitglieder Thierry Wolter, Andreas Lackner und Andreas Schwenninger mit den Stadler-Inhaberer und Geschäftsführern Gabriele Stadler und Hubert Stadler.

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