Heinz Haferkamp Knihy

Es wurde gezeigt, dass CVD-beschichtete Werkzeuge durch geregeltes Laserstrahlhärten nachgehärtet werden können. Die angepasste Regelung ermöglicht es, auch komplexe Bauformen bei nahezu konstanten Oberflächentemperaturen zu härten. Mit dieser Methode wird die Maßänderung bei Werkzeugen mit kleinen Außenmassen deutlich reduziert, und bei großen, komplizierten 3D-Werkzeugen kann auf Nacharbeiten verzichtet werden. Optimierungsbedarf besteht bei der Schutzgasabschirmung, um Oxidationen der CVD-Schichten während des Prozesses zu vermeiden. Die Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils hat einen maßgeblichen Einfluss auf das Härteergebnis; raue Oberflächen liefern bessere Ergebnisse in Einhärtetiefe und Absoluthärte im Vergleich zu polierten Oberflächen, da sie ein besseres Absorptionsvermögen der Laserstrahlleistung aufweisen. Bei der Laserstrahlenhärtung wurden Standardlinsen als Fokussieroptik verwendet, was durch das Gauß’sche Verteilungsprofil der Laserstrahlleistung Nachteile mit sich bringt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist teilweise erreicht, da die laserstrahlnachgehärteten Werkzeuge noch nicht die hervorragenden Verschleißeigenschaften konventionell vakuumnachgehärteter Werkzeuge besitzen. Weiterentwicklungen des Laserprozesses, insbesondere durch den Einsatz anderer Optiken oder Scanner, lassen auf eine Verbesserung hoffen.

Das Vorhaben untersucht neue Erkenntnisse beim Fertigen von Blechformteilen aus laserstrahlgeschweißten und umgeformten Blechen. Im schweißtechnischen Teil wird das Laserstrahlschweißen mit prozessintegrierter Wärmebehandlung von verschiedenen mikrolegierten Feinkornbaustahltypen sowie Aluminium behandelt. Ein Nd: YAG-Festkörperlaser mit max. 4 kW wird eingesetzt, während die Wärmebehandlung durch Vor- oder Nachwärmen seriell mit einem Diodenlaser bis 1,2 kW oder einer Mikroplasmastrahlquelle erfolgt. Der Einfluss des Nachwärmens auf das Gefüge der Schweißnaht wird metallographisch dargestellt. Verschiedene Testverfahren untersuchen die Umformeigenschaften. Der Tiefungsversuch nach Erichsen wird modifiziert, indem der halbkugelförmige Stempel durch einen tiefen elliptischen Stempel ersetzt wird, um den Rissbeginn in die Schweißnaht zu verlagern und eine reproduzierbare Auswertung zu ermöglichen. Die visioplastische Formänderungsanalyse zeigt den Werkstofffluss im Bereich der Schweißnaht. Andere Umformversuche wie der Hutbiegeversuch und das Näpfchenziehen liefern keine aussagekräftigen Unterschiede. Der modifizierte Tiefungsversuch zeigt für den Werkstoff H 300 X +Z eine deutliche Verbesserung der Umformeigenschaften durch Nachwärmen in der Schweißnaht. Für den Werkstoff H 340 M +OC ist ein positiver Trend erkennbar, jedoch weniger ausgeprägt. Die Verbesserung der Umformeigenschaften durch Wärmenachbehandlung hängt vom Kohlens

Ein Verfahren wurde entwickelt, um Zr2O3-Y2O3-Keramikpartikel mittels temperaturgeregeltem Laserstrahl-Dispergieren in die Werkstoffe 1.2379 und GJS-700-2 einzubringen. Ziel war die Verringerung der Reibung und die Erhöhung der Werkzeugstandzeit bei der Blechumformung von Aluminium- und hochfesten Stahlblechen. Am LZH wurde ein Prozessparameterfeld für das Laserstrahl-Dispergieren ermittelt. Das Verfahren wurde auf Modell- und Praxiswerkzeuge übertragen, die von Projektpartnern hinsichtlich ihres Verschleißverhaltens untersucht wurden. Die Umformversuche fanden unter praxisrelevanten Bedingungen am Institut für Produktionstechnik der TU Dresden statt, wo die Modellwerkzeuge vergleichend charakterisiert wurden. Der systematische Vergleich der Werkzeug- und Werkstückcharakteristiken ermöglichte die Bewertung der Leistungsfähigkeit der Werkzeugalternativen (GJS-700-2/1.2379). Besonders bei Edelstählen und Aluminiumlegierungen kann durch das Dispergieren von Keramikpartikeln eine Vervielfachung der Lebensdauer und eine Verminderung der Reibung erwartet werden. Dies wurde für den 1.2379 in Kombination mit 1.4301 / Multidraw KTL N 60 und für den GJS-700-2 mit 6181A / Drylube C1 nachgewiesen. Bei geringen Flächenpressungen zeigen Kombinationen wie GJS-700-2 / H280 LA + ZE / Multidraw PL61 und 1.2379 / CP-W 800 / Multidraw KTL N 60 sinkende Reibwerte. Standmengenuntersuchungen an ausgewählten Werkstoffvarianten ergaben nach 50000 Hübe

Die Arbeiten am Laser Zentrum Hannover e. V. (LZH) fokussierten sich auf das Laserstrahlhärten und -legieren von Schneidkanten in Verbindung mit CVD-Dünnschichten. Ergänzend wurde an der TU Dresden das Verschleißverhalten von lasermodifizierten Schneidwerkzeugen im Vergleich zu konventionellen Werkzeugen untersucht. Zunächst wurden grundlegende Untersuchungen zu Werkzeugwerkstoffen, Gefügeausbildung, Härtegraden, Verfahrensparametern und Fertigungstechnologien durchgeführt. Die Härtungsversuche deckten ein breites Parameterfeld ab, wobei eine leistungsfähige Temperaturregelung für eine stabile Prozessführung sorgte. Es konnte nachgewiesen werden, dass das partielle Nachhärten von CVD-beschichteten Werkzeugen durch temperaturgeregelte Laserbehandlung möglich ist. Standmengenuntersuchungen zeigten, dass die Verschleißbeständigkeit laserstrahlnachgehärteter Schneidkanten das Niveau konventioneller vakuumnachgehärteter Kanten erreicht. Zudem wurde ein gezieltes Auflegieren des Werkzeugstahls X155CrVMo12-1 mit kobaltbasiertem Hartstoff WC/Co realisiert. Die Verschleißfestigkeit der laserlegierten Werkzeuge war im Vergleich zur Referenzvariante geringer. Die Ergebnisse bieten eine solide Grundlage für die Auswahl von Bearbeitungsstrategien mittels Laserbehandlung. Die Machbarkeit der Modifizierung von Schneidwerkzeugen wurde an Praxiswerkzeugen überprüft. Für große Werkzeuge empfiehlt sich das temperaturgeregelte Laserstrahlhärten,

Im Rahmen der durchgeführten Arbeiten wurde das Laserstrahl-Auftragsschweißen im Einstufen-Beschichtungsprozess mit pulverförmigem Zusatzwerkstoff untersucht. Als Grundwerkstoffe kamen gegossene Eisenlegierungen zum Einsatz, die keiner Wärmebehandlung unterzogen wurden. Grauguß mit Lamellengraphit (GG25) konnte unter diesen Bedingungen nur eingeschränkt beschichtet werden, während Grauguß mit Graphit in Kugelform (GGG50 und GGG60) in ausreichender Qualität beschichtet werden konnte. Verschiedene Aluminium-Mehrstoff-Bronzen, darunter AMPCO 22, AMPCOTRODE und AMPCO 25, wurden als Beschichtungswerkstoffe verwendet. Die Abhängigkeit der Beschichtungsergebnisse vom Herstellverfahren der Pulver wird aufgezeigt, und die Anforderungen an die Pulverqualität werden spezifiziert. Ein Parameterfeld für Einzelbahnen und flächige Beschichtungen wird vorgestellt, in dem Bronzeschichten mit einer Dicke von 0,5 - 2 Millimetern und Härtewerten von 300 bis 320 HB auf Gußeisen hergestellt werden können. Modellwerkzeuge in Form von Ziehkanten wurden unter 45° zur horizontalen Ebene beschichtet. Die Verschleißprüfung der Ziehkanten wurde im intermittierenden Streifenziehversuch durchgeführt. Die ermittelten Messwerte zeigen ein vergleichbares Betriebsverhalten wie massive Bronze bis zu 25.000 Lastspielen. Die beschichteten Proben weisen in der spröden Übergangszone keine Materialausbrüche auf und zeigen gleichwertige Verschleißprofile wie massive B