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Fraunhofer/Euroblech 2016 Werkzeugintegriertes Laserstrahlhärten

| Autor/ Redakteur: Markus Eckert / Beate Christmann

Die Verarbeitung hochfester Bleche bereitet seit jeher Kopfzerbrechen. Fraunhofer-Forscher aus Aachen stellen demnächst auf der Euroblech jedoch ein Scannersystem vor, das die Änderung der Stoffeigenschaften durch lokales Laserhärten im Folgeverbundwerkzeug ermöglicht und die Verarbeitung erleichtert.

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Neben dem System zum lokalen, werkzeugintegrierten Laserstrahlhärten präsentiert das Fraunhofer-IPT auf der Euroblech weitere Blechbearbeitungstechnologien – beispielsweise das Auftragschweißen von Goldkontaktpunkten.
Neben dem System zum lokalen, werkzeugintegrierten Laserstrahlhärten präsentiert das Fraunhofer-IPT auf der Euroblech weitere Blechbearbeitungstechnologien – beispielsweise das Auftragschweißen von Goldkontaktpunkten.
(Bild: Fraunhofer-IPT)

Der Trend zum Leichtbau in zahlreichen Branchen – von der Automobilindustrie über die Energietechnik bis zur Luft- und Raumfahrt – führt zum vermehrten Einsatz von hochfesten Blechen und von Bauteilen mit lokal angepassten mechanischen Eigenschaften. Blechbearbeitende Betriebe stoßen bei der Verarbeitung dieser Werkstoffe, die Zugfestigkeiten von mehr als 1000 MPa aufweisen können, jedoch immer wieder an technische und ökonomische Grenzen.

Seit mehr als zehn Jahren arbeitet das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT nun bereits an Verfahren zur laserunterstützten Blechbearbeitung, mit denen sich die Grenzen der konventionellen Blechbearbeitung erweitern lassen. Durch die Laserunterstützung können selbst Bleche mit Festigkeiten von mehr als 1600 MPa prozesssicher verarbeitet werden.

Ändern von Stoffeigenschaften im Folgeverbundwerkzeug

Basierend auf der erfolgreich implementierten Laserunterstützung von Schneid- und Umformprozessen entwickelt das Fraunhofer-IPT im Forschungsprojekt Eco-Hard-Steel zusammen mit Partnern aus der Industrie die Prozess- und Systemtechnologie zum lokalen Ändern der Stoffeigenschaften im Folgeverbundwerkzeug. Damit der Gefügezustand des Blechs im Werkzeug lokal eingestellt werden kann, musste sowohl die Lasererwärmung als auch der Abkühlprozess präzise gesteuert werden. Dafür wurde ein Scannersystem entwickelt, das eine 3D-Bearbeitung mit einer flexiblen Spotgeometrie und einer integrierten Prozessüberwachung vereint.

Das System, das erstmals auf der Euroblech 2016 in Halle 11, Stand B135 ausgestellt wird, vereinfacht zusätzlich die Prozesseinrichtung durch den Bediener, indem die Erwärmungsbereiche auf dem Stahlblech automatisiert erkannt werden. Zur Erwärmung kann die Blechoberfläche mit variablen Fokusdurchmessern zwischen weniger als 1 mm bis hin zu maximal 10 mm bestrahlt werden. Die Erwärmung wird „On-Axis“ mit einem Quotientenpyrometer geregelt, um den gewünschten Temperaturgradienten im Blech einzustellen. Das komplexe optische System, das gemeinsam mit Raylase, einem Hersteller von hochpräzisen Komponenten und Submodulen zur Ablenken, Modulation und Steuerung von Laserstrahlen, entwickelt wurde, kann durch die am Fraunhofer-IPT entwickelte hybride Schwingungsentkopplung innerhalb von Folgeverbundprozessen dauerfest eingesetzt werden.

Modulares und lokal temperierbares Werkzeug

Damit die Abkühlgeschwindigkeit und somit auch der gewünschte Gefügezustand eingestellt werden kann, wird mit der Lochanstalt Aherhammer, Stahlschmidt & Flender ein modulares und lokal temperierbares Werkzeug entwickelt. Die lokale Lasererwärmung und das temperierbare Werkzeug werden mit einem hochdynamischen und präzisen Blechvorschub des Umformmaschinenherstellers Tecodrive kombiniert. Die Weiterentwicklungen im Projekt Eco-Hard-Steel erlauben es, anhand des kontaktfreien Vorschubs hoch- und höchstfeste Stahlbleche in einem großen Dickenbereich elektromagnetisch zu transportieren. Die neue Vorschubtechnologie ermöglicht damit hohe Hubzahlen beim lokalen, werkzeugintegrierten Laserhärten. Die Kombination dieser Technologien erlaubt es Unternehmen der blechbearbeitenden Industrie erstmals, Bauteile mit lokal an die Anforderung angepassten Eigenschaften im Folgeverbundwerkzeug herzustellen.

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