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EFB-Forschungsbericht Nr. 192

Optimierung von Umformwerkzeugen mittels Laserstrahl-Dispergieren von Keramikpartikeln

efb192.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. mult. Heinz Haferkamp, Dipl.-Ing. Karl Lindemann, Laser Zentrum Hannover e.V. , Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Roland Müller, Institut für Produktionstechnik der Technischen Universität Dresden

116 Seiten (sw 72, teils farbige Abb., 26 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-092-8

Preis (Digital) EUR 68,00

Preis (Print) EUR 76,00

Zusammenfassung

Es wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem Zr2O3-Y2O3-Keramikpartikel mittels temperaturgeregeltem Laserstrahl-Dispergieren in die Werkstoffe 1.2379 und GJS-700-2 eingebracht werden, um eine Verringerung der Reibung sowie eine Erhöhung der Werkzeugstandzeit bei der Blechumformung von Al- und hochfesten Stahlblechen zu erreichen. Hierzu wurde anhand zahlreicher Versuche am LZH ein Prozessparameterfeld zum Laserstrahl-Dispergieren ermittelt. Anschließend fand eine Übertragung des Verfahrens auf Modell- und Praxiswerkzeuge statt, die bei den weiteren Projektpartnern auf ihr Verschleißverhalten untersucht wurden.

Die Umformversuche wurden unter praxisrelevanten Bedingungen am Institut für Produktionstechnik der TU Dresden durchgeführt und die Modellwerkzeuge hinsichtlich ihres Verschleißverhaltens vergleichend charakterisiert. Durch diesen systematischen Vergleich der Werkzeug- und Werkstückcharakteristiken hinsichtlich des Verschleißverhaltens bzw. der Werkstückqualität wurde die Leistungsfähigkeit der einzelnen Werkzeugalternativen

(GJS-700-2/1.2379) bewertet. Davon ausgehend kann festgestellt werden, dass besonders bei Edelstählen und Aluminiumlegierungen mit einer Vervielfachung der Lebensdauer bei gleichzeitiger Verminderung der Reibung durch das Dispergieren von Keramikpartikeln gerechnet werden kann. Nachgewiesen wurde dieses für den 1.2379 bei der Kombination 1.4301 / Multidraw KTL N 60 und für den GJS-700-2 bei der Kombination 6181A / Drylube C1. Bei den Kombinationen GJS-700-2 / H280 LA + ZE / Multidraw PL61 und 1.2379 / CP-W 800 / Multidraw KTL N 60 kommt es durch das Dispergieren von Keramikpartikel bei geringen Flächenpressungen zu sinkenden Reibwerten. Nach Prüfung der Werkzeugalternativen wurden an ausgewählten Werkstoffvarianten Standmengenuntersuchungen auf der Stanz-Nibbel-Maschine durchgeführt. Nach 50000 Hüben kann noch keine eindeutige Aussage zum Verschleißverhalten und zur Standmenge getroffen werden. Das dispergierte Praxiswerkzeug ist bei einem Unternehmen im Serieneinsatz und bis zum Projektende nicht ausgefallen.

Das Forschungsvorhaben „Optimierung von Umformwerkzeugen mittels Laserstrahl-Dispergieren von Keramikpartikeln“ wurde unter der Fördernummer AiF 12276BG 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. 192 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

0 Formelzeichen und Abkürzungen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Blechumformung von Aluminium- und hochfesten Stahlblechen
2.2 Optimierung der Werkzeugstandzeit durch Beschichtungen
2.2.1 Dünnschichttechnik
2.2.2 Laserstrahlauftragschweißen (Laserstrahlbeschichten)
2.3 Optimierung der Werkzeugstandzeit durch keramische Einsätze
2.4 Laserstrahl-Dispergieren
2.5 Methoden zur Verschleißcharakterisierung von Umformwerkzeugen
3 Problemstellung und Arbeitsprogramm
4 Werkstoffe und Prozesstechnik
4.1 Werkzeugwerkstoffe
4.2 Keramikwerkstoffe
4.3 Blechwerkstoffe
4.4 Prozesstechnik zum Laserstrahl-Dispergieren
4.4.1 Laserstrahlquelle
4.4.2 Handhabungssysteme
4.4.3 Pulverzuführungseinheit
4.4.4 Prozessregelung
4.5 Streifenziehanlage
4.6 Stanz-Nibbel-Maschine
5 Untersuchungen zum Laserstrahl-Dispergieren
5.1 Prozessparameteruntersuchungen zum Laserstrahl-Dispergieren
5.1.1 Gleichförmigkeit des Temperaturverlaufes
5.1.2 Gleichförmigkeit der Pulverzufuhr im Dispergierprozess
5.1.3 Metallographische Untersuchungen
5.1.4 Untersuchungen zum flächigen Laserstrahl-Dispergieren
5.2 Herstellung von Modellwerkzeugen
5.3 Praxiswerkzeugherstellung
6 Durchführung der Verschleißuntersuchungen
6.1 Vorbemerkungen
6.2 Verschleißuntersuchungen auf der Streifenziehanlage
6.3 Standmengenuntersuchungen auf der Stanz-Nibbel-Maschine
7 Bewertung und Folgerungen
7.1 Erreichter Entwicklungsstand
7.2 Einschätzung der praktischen Umsetzbarkeit
7.3 Vorschlag für geeigneten Anwendungsfall und Ausblick
8 Zusammenfassung
9 Literatur
10 Anhang