Kombiniertes draht- und pulverbasiertes Laserauftragsschweißen zur Standmengenerhöhung verschleißbelasteter Werkzeuge

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Stephan Genilke

Gruppe Hartmetall und Cermets

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Motivation

Die Lebensdauer von Warmumformwerkzeugen wird maßgeblich durch ihre Verschleißbeständigkeit bestimmt. Abrasiver Verschleiß zählt hierbei zu den häufigsten Gründen des Werkzeugversagens, beziehungsweise des Funktionsverlustes. Der Verschleiß ist meistens nicht gleichmäßig über das Umformwerkzeug verteilt bzw. führt zu lokalem Versagen. Die lokale Reparatur bzw. ein individualisierter Verschleißschutz an kritischen Stellen kann die Standmenge der Werkzeuge erhöhen.

Zielsetzung

Im Rahmen dieses Verbundprojektes sollen Hybridmaterialien in Form gradierter Schichten aus TiC-verstärkten Stählen erforscht und auf verschleißbelastete Warmumformwerkzeuge angewendet werden, um deren Standmengen zu erhöhen. Die Herstellung erfolgt mit dem neuartigen Lasterauftragsschweißprozess LMD-w+p, bei dem neben einem Schweißdraht (wire) auch separat Pulver (powder), zum Beispiel Hartstoffe, zugeführt werden kann. Dadurch ist es möglich, den Hartstoffgehalt für jede Schicht zu variieren und die äußersten Schichten besonders verschleißfest zu gestalten. Im Projekt soll eine Werkstoffauslegung unter Einbeziehung der Prozessparameter für den zuvor genannten Anwendungsfall durchgeführt werden. Weiterhin wird eine CAM-Planungsstrategie erarbeitet, die das Durchführen des Prozesses anlagenunabhängig an verschiedenen Bauteilgeometrien ermöglicht.

Projektinhalte

  • Werkstoffauslegung mit Unterstützung von Calphad-Berechnungen
  • Verständnis über die entstehenden Eigenspannungen im Prozess in Abhängigkeit des Hartstoffgehaltes und der Prozessparameter (Eigenspannungsmessungen und numerischer Simulation)
  • Optimierung der Werkstoffe durch Korrelation von Prozessparametern und Mikrostruktur
  • Mechanische und thermophysikalische Charakterisierung der Verschleißschutzschichten
  • CAD/CAM-Strategieentwicklung
  • Herstellung von Demonstrator-Bauteilen mit Standmengenuntersuchungen

Projektpartner

  • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
  • Forschungsvereinigung Programmiersprachen für Fertigungseinrichtungen e.V.
  • Im Projektbegleitenden Ausschuss sind folgende Unternehmen vertreten: 3win Maschinenbau GmbH, ACAM Aachen Center for Additive Manufacturing GmbH, CAMaix GmbH, Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel GmbH, ESI Software Germany GmbH, EXAPT Systemtechnik GmbH, Hermann Fliess & Co GmbH, Hirschvogel Umformtechnik GmbH, Königs-IT, ModuleWorks GmbH, Schumag AG, SMS Group
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