Temperiertes Versuchswerkzeug für das Edelstahl-Tiefziehen

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MaSuB GmbH - Maschinen für die Schweißnahtvorbereitung und Blechbearbeitung

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Technische Universität Graz Institut für Werkzeugtechnik & Spanlose Produktion

Umformwerkzeug bildet den Serienprozess ab

Zunächst wurden in dem Forschungsprojekt die notwendigen Randbedingungen, die im Versuchswerkzeug abgebildet werden sollten, aus dem Serienprozess ermittelt. Als wesentliche Themenschwerpunkte wurden festgelegt:

• Temperierung: Um Serienprozesse nachbilden zu können, ist eine Temperierung des Werkzeugs notwendig. Prozessabhängig stellen sich stationäre Temperaturen von 60 bis 80 °C ein.
• Oberfläche: Das Material der Werkzeug-oberfläche soll hinsichtlich bestimmter Eigenschaften wie Härte, Gleitverhalten und Wärmeleitfähigkeit vergleichbar sein zu dem bei Serienwerkzeugen üblicherweise verwendeten Werkstoff Ampco.
• Instrumentierung: Neben der Aufnahme der Pressendaten (Kraft- und Wegverläufe) ist die Messung der Werkzeug- und vor allem der Blechtemperatur notwendig, da letztere ausschlaggebend für das Werkstoffverhalten (Verfestigung und Versagen) ist.
• Variable Blechhalterkräfte: Um mit diesem Werkzeug verschiedene Tiefziehszenarien, beispielsweise die Herstellung von Doppelbeckenspülen, darstellen zu können, müssen die Blechhalterkräfte umlaufend variabel einstellbar sein. So kann ein Sperren oder ein Laufenlassen des Bleches im Blechhalterbereich eingestellt werden.

Temperierung des Umformwerkzeuges und Optimierung der Oberfläche

Im Serienprozess stellen sich im stationären Zustand drei verschiedene Werkzeugtemperaturen in den Bereichen Ziehring, Matrize und Stempel ein. Zur Beheizung dieser Bereiche wurden Widerstandsheizungen in Form von Rohrheizkörpern der Firma E. Loos Elektrowärmetechnik verwendet.

In den beheizten Werkzeugbereichen wurden umlaufend Nuten eingefräst, in die die Rohrheizkörper eingelegt wurden. Geregelt werden die Heizelemente mittels konventioneller Regeltechnologie und PT100-Widerstandsthermometern zur Temperaturüberwachung. Die maximale Heizleistung des Umformwerkzeuges beläuft sich auf zirka 14 kW. Das einzustellende Temperaturmaximum liegt bei etwa 300 °C.

Für das Tiefziehen von nichtrostenden Edelstahl-Spülen werden Tiefziehwerkzeuge an den durch Reibung stark belasteten Stellen in Sonderaluminiumbronzen, beispielsweise Ampco 22, ausgeführt. Auf Grund der hohen Halbzeugmaterialkosten dieses Werkstoffes wurde für dieses Versuchswerkzeug ein alternativer Ansatz gewählt.

Umformwerkzeug per Laserauftragschweißen beschichtet

Mit dem sogenannten Direct-Metal-Deposition-Verfahren (Laserauftragschweißverfahren) wird auf einen kostengünstigen Grundwerkstoff, beispielsweise St52, mittels Laserenergie und Pulverdüse ein Ampco-ähnliches Metallpulver schichtweise aufgetragen. Die hohe Energiedichte des Laserstrahls ermöglicht eine Beschichtung des Grundwerkstoffs mit einem geringen Wärmeeintrag und einer dementsprechend geringen Wärmeeinflusszone bei minimiertem Verzug. Durch das vollständige Aufschmelzen des Pulvers in das Schmelzbad entsteht eine vollkommen dichte Metallschicht mit den mechanischen Eigenschaften des verwendeten Metallpulvers, die eine hochfeste Verbindung mit dem Grundwerkstoff eingeht.

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