CORNET-Wear-O

Verschleißoptimierung von hochbeanspruchten Umformwerkzeugen Motivation

Motivation

20 – 30% der Werkzeuge in der Massivumformung werden aus Hartmetall gefertigt. Im konventionellen Fertigungsprozess werden zunächst standardisierte Hartmetallrohlinge aus Pulver erzeugt, welche durch teure und komplexe abtragende Verfahren wie Hartzerspanung oder Erodieren bearbeitet werden müssen, um die Endgeometrie des Umformwerkzeugs zu erreichen. Die Prozesskette umfasst demnach zwei kostenintensive Schritte, den Aufbau und das Abtragen von Hartmetall, welche sich im Gesamtprozess gegenseitig aufheben. Eine zusätzliche Beschichtung sorgt für erhöhte Verschleißbeständigkeit. Da die Oberflächenqualität des Werkzeugs die Qualität des umgeformten Werkstücks maßgeblich bestimmt, erhalten Umformwerkzeuge ein Oberflächenfinish mittels Polieren. Das Polieren der Werkzeugoberfläche erfolgt meist manuell durch erfahrene Mitarbeiter des Werkzeugherstellers.

Lösungsweg

Das Ziel des Projekts ist die Substitution der Erzeugung und Abtragung von Hartmetallrohlingen durch einen additiven Fertigungsschritt. In diesem wird aus Hartmetallpulver direkt ein endkonturnaher Rohling erzeugt, ein Near-Netshape-Blank (NNS-Blank). Dazu stehen additive Verfahren wie der 3D-Metall-Druck oder Verfahren mit Negativform des NNS-Blanks zur Verfügung. Bei Verwendung einer Negativform kann der Pulverrohling vor dem Sintern zusätzlich mittels maschinellem Oberflächenhämmern (MOH) komprimiert werden. Durch additive Fertigungsverfahren entsteht somit ein Zeit- und Kostenvorteil gegenüber dem konventionellen Prozess. Der Einsatz des maschinellen Oberflächenhämmerns beim Finish der Werkzeugoberfläche bietet weitere zeitliche und technologische Vorteile. Bei gleichen erzielbaren Oberflächeneigenschaften benötigt MOH nur einen Bruchteil der Zeit eines manuellen Poliervorgangs. Weiterhin können damit gezielt Werkzeugbereiche beanspruchungsgerecht ausgelegt werden, mittels Härtesteigerung durch Kaltumformung sowie Einbringung von Eigenspannungen.

Dazu werden Umformkräfte während eines Referenzumformprozesses zunächst simulativ ermittelt und die daraus resultierenden Belastungen des Werkzeugs bestimmt. Mit diesen Ergebnissen werden in kritischen Werkzeugbereichen gezielt Eigenspannungen durch MOH eingebracht, als auch das Oberflächenfinish durchgeführt. In Gleitstauchversuchen werden die gefertigten Werkzeugproben tribologisch untersucht und deren Verschleißcharakteristik ermittelt.

Abschließend werden die Werkzeuge der neu entwickelten Prozesskette in industriellen Realversuchen getestet und die Performance mit konventionell hergestellten Werkzeugen verglichen.

Danksagung

Das Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen dankt den angeschlossenen Partnerinstituten und beteiligten Unternehmen für die Unterstützung bei der Durchführung dieses Projekts:

  • Institut für Angewandte Materialien (KIT)
  • Institut für Fertigungstechnik (TU Wien)
  • RHP-Technology GmbH
  • accurapuls GmbH
  • AT Space GmbH
  • Boehlerit GmbH & Co.KG
  • DIMAB Spezialschweißarbeiten GmbH & Co. KG
  • Ecoroll AG Werkzeugtechnik
  • Ernst Wittner GesmbH
  • Felss Systems GmbH
  • Gerhard Rauch Ges.m.b.H.
  • INDAT Modellbau Formenbau Werkzeugbau GmbH
  • Kamax Tools and Equipement GmbH
  • LG Technology Center Europe
  • LS-Mechanik GmbH
  • Neuman Aluminium Fließpresswerk GmbH
  • Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH
  • Rosswag GmbH
  • SBI Produktion techn. Anlagen GmbH & Co.KG
  • TiroTool Werkzeugsysteme GmbH
  • Thomas GmbH
  • Thyssen Krupp Presta AG
  • Wezel GmbH Kaltumform-Technik