Optimierung von Umformwerkzeugen mittels Laserstrahl-Dispergieren von Keramikpartikeln

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.