Das 5-achsige Verfahren zum Laser-Auftragsschweißen verlängert die Standzeiten eines Umformwerkzeugs auf mehr als das 2,5-fache.
Fraunhofer IPT
Bringt man einen Zusatzwerkstoff punktgenau auf die Oberfläche eines Umformwerkzeugs, kann an diesen Stellen Verschleiß gezielt verringert werden. Aachener Ingenieure haben nun dazu ein 5-achsiges Verfahren für das Laser-Auftragsschweißen entwickelt.
Umformwerkzeuge verschleißen mit der Zeit. Das ist ärgerlich, aber grundsätzlich nicht zu vermeiden. Die Autoren des von Horst Czichos und Karl-Heinz Habig herausgegebenen „Tribologie-Handbuch“ erklären im Kapitel „Tribologie von Werkzeugen“ auf Seite 579ff, dass der Verschleiß von Umformwerkzeugen vor allem durch die Verschleißmechanismen Adhäsion und Abrasion hervorgerufen wird. Beschichtungsverfahren oder Verfahren zur Beeinflussung der Randschichten von Werkzeugen der Umformtechnik gewinnen nach Ansicht der Autoren an Bedeutung. Dazu gehören
- thermochemische Behandlungen,
- die galvanische Abscheidung,
- CVD,
- PVD oder auch die
- Ionenimplantation.
Schutzschicht lässt sich punktgenau aufgetragen
Wissenschaftler und Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT aus Aachen haben nun gemeinsam mit der Mühlhoff Umformtechnik GmbH und weiteren Partnern ein Laserverfahren weiterentwickelt, mit dem sich an besonders beanspruchten Oberflächen lokale Verschleiß-Schutzschichten auftragen lassen. Die so behandelten Werkzeuge sollen mehr als 2,5-mal so lange halten wie bisher. In diesen Tagen zeigen die Forscher auf der Werkzeugbau-Fachmesse EuroMold 2013 in Frankfurt ein entsprechend behandeltes Tiefziehwerkzeug.
Beim Laser-Auftragsschweißen wird zum Erhitzen eines Werkstücks und zum Schmelzen eines meist pulverförmigen Auftragsmaterials ein Laser so verwendet, dass zwar eine Schichtbildung mit guter Haftung, aber keine Legierung stattfindet, schreiben Jürgen Eichler und Hans-Joachim Eichler in ihren Buch „Laser“ auf Seite 411f. Neben den häufig eingesetzten CO2- und Nd:YAG-Lasern werden dazu vermehrt auch Faser- und Diodenlaser verwendet, da sie leicht integrierbar sind, geringe Gesamtbetriebskosten aufweisen und sehr gute Ergebnisse ohne thermische Verformung des Werkstücks liefern, so die Springer-Autoren.
5-Achs-Fräsmaschine trägt Laserwerkzeug
Die Aachener Ingenieure entwickelten nun ein 5-achsiges Verfahren für das Laser-Auftragsschweißen, indem sie eine 5-Achs-Fräsmaschine mit einem Diodenlaser ausstatteten. Damit konnten sie einen Zusatzwerkstoff punktgenau so auf eine Werkzeugoberfläche aufgetragen, dass die besonders beanspruchten Kanten gezielt vor Verschleiß geschützt wurden. Der Vorteil für das Unternehmen Mühlhoff: längere Werkzeugstandzeiten und damit auch eine dauerhaftere Reproduzierbarkeit der gefertigten Bauteile.