Stöbern Sie in der
Publikationsliste »

0 Dokumente
auf der Merkliste »

EFB-Forschungsbericht Nr. 235

Temperaturgeregeltes Laserhärten von CVD-beschichteten Umformwerkzeugen

efb235.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Heinrich Haferkamp, Dipl.-Ing. Lars Hauschild , Laser Zentrum Hannover e.V. - Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Lehrstuhl für Umform- und Urformtechnik der Technischen Universität Dresden

93 Seiten (sw 40 Abb., 9 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-192-5

Preis (Digital) EUR 47,00

Preis (Print) EUR 52,40

Zusammenfassung

Es wurde gezeigt, dass mit Hilfe des geregelten Laserstrahlhärtens CVD-beschichtete Werkzeuge nachgehärtet werden können. Durch die angepasste Regelung ist es möglich, auch komplizierte Bauformen mit sich ändernden Geometrien bei nahezu konstanten Oberflächentemperaturen zu härten. Durch das Nachhärten mittels Laserstrahlung ist die Maßänderung schon bei Werkzeugen mit kleinen Außenmassen deutlich reduziert worden.

Bei großen, kompliziert geformten 3D-Werkzeugen kann somit auf das Nacharbeiten des Werkzeuges nach dem Nachhärten verzichtet werden. Optimierungsbedarf besteht bei der Schutzgasabschirmung, um Oxidationen der CVD-Schichten während des Laserstrahlhärtens zu vermeiden und daraus entstehende Schichtschädigungen auszuschließen. Maßgeblichen Einfluss auf das Härteergebnis hat die Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils vor dem Laserstrahlhärten.

Es hat sich gezeigt, dass eine raue Oberfläche gegenüber einer polierten ein besseres Härteergebnis sowohl in der Einhärtetiefe als auch in der Absoluthärte liefert. Begründet wird dieses Ergebnis durch das bessere Absorptionsvermögen der Laserstrahlleistung bei rauen im Vergleich zu polierten Oberflächen. Bei dem Härten mit Laserstrahlung wurde ausschließlich Standardlinsen als Fokussieroptik eingesetzt. Durch das Gauß’sche Verteilungsprofil der Laserstrahlleistung ergeben sich Nachteile, die durch den Einsatz anderer Optiken verringert oder vollständig kompensiert werden können.

Das Ziel des Forschungsvorhaben ist in Teilen erreicht worden, da die laserstrahlnachgehärteten Werkzeuge nach derzeitigem Entwicklungsstand die sehr guten Verschleißeigenschaften der konventionell (vakuumnachgehärtet) gefertigten Werkzeuge noch nicht vollständig besitzen. Weiterentwicklungen am Laserprozess, insbesondere die Optimierung des Härteprozesses durch Verwendung anderer Optiken oder eines Scanners lassen auf Erreichen dieses Zieles hoffen.

Das Forschungsvorhaben „Temperaturgeregeltes Laserstrahlhärten von CVD-beschichteten Umformwerkzeugen“ wurde unter der Fördernummer AiF 13314BG von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 235 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Summary

It was shown that with the help of the regulated laser beam hardening CVD-coated tools can be after-hardened.

By the adapted regulation it is possible to harden also complicated designs with changing geometry with almost constant surface temperatures. The change of measure was already reduced by the secondary hardening by means of laser radiation clearly with tools with small external dimensions. With large, complicates formed 3D-tools can thus doing without rework the tool again after the secondary hardening be done.

Optimization need consists during the inert gas screen, in order to avoid oxidations of the CVD-layers during the laser beam hardening and exclude of it developing layer damages.

The surface finish of the construction unit before that has relevant influence on the hardness result laser beam hardness’s. It was shown that a rough surface supplies a better hardness result opposite a polished both in the case hardening thickness and in the absolute hardness.

This result is justified by the better absorptive capacity of the laser beam achievement with rough compared with polished surfaces. During hardening with laser radiation excluding standard lenses as focusing optics one used. As a result of the Gauss-distribution profile of the laser beam achievement arise disadvantages, which can be reduced or compensated completely by the employment of other optics.

The goal of this research project was achieved in parts, there the laser beam-afterhardened tools after latest state of development the very good wear characteristics that conventionally (vacuum-after-hardened) manufactured tools not yet completely possesses. Advancements at the laser process, in particular the optimization of the hardness process by use of other optics or a scanner let hope for reaching this goal.

Inhalt

1. Einleitung
2. Stand der Technik
3. Problemstellung / Präzisierung der Aufgabenstellung
4. Untersuchungsbedingungen und –ablauf
4.1. Werkstoffe
4.2. Aufbau und Fertigung der Werkzeuge
4.3. Coilzuschnitt
4.4. Strategien bei der Behandlung der Werkzeuge
5. Untersuchungen zur Laserbehandlung
5.1. Voruntersuchungen an planaren Proben
5.2. Härten der Streifenziehbacken
6. Streifenziehversuche
6.1. Vorgehensweise beim Streifenziehen unter hohen Flächenpressungen
6.2. Reibwertversuche
6.3. Verschleißversuche
7. Bewertung der Versuche
7.1. Ergebnisse zum Lasernachhärten
7.2. Ergebnisse der Untersuchungen mit Modellwerkzeugen
7.3. Ergebnisse der Maßänderung der Streifenziehbacken
8. Praxiswerkzeug
8.1. Fertigung des Praxiswerkzeuges
8.2. Härten des Praxiswerkzeuges
8.3. Einsatz der Praxiswerkzeuge
9. Zusammenfassung und Ausblick
10. Literatur
11. Anhang