Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde

Wear-O (Transnationales CORNET-Projekt): Wear optimization of highly stressed shaping tools

Dr.-Ing. Alexander Klumpp

Dieses Projekt wird gemeinsam mit drei weiteren Forschungsstellen in Deutschland und Österreich und einem Konsortium aus Industriepartnern durchgeführt. Dabei geht es um die Entwicklung verschleißoptimierter Umform- und Schneidwerkzeuge mit hoher Gestaltfreiheit aus Hartmetall (Wolframcarbid-Kobalt; WC-Co), wofür innerhalb des Projekts verschiedene Ansätze verfolgt werden. Am IAM-WK wird dabei ein neuer Prozess zur mechanisch-thermisch gekoppelten, additiven Fertigung solcher Bauteile entwickelt. Bei diesem Prozess wird pulverförmiges Hartmetall inkrementell mit dem maschinellen Oberflächenhämmerverfahren „Piezo Peening“ zu komplexen Formen verdichtet. Es ersetzt damit das dem thermischen Sinter-Formgebungsprozess vorgeschaltete, formgebundene Pressen des Pulvers. Weiterhin wird das „Piezo-Peening“ verwendet, um die angefertigten Hartmetallwerkzeuge zu gradieren, also durch örtliche Materialverdichtung und –verfestigung sowie durch das Einbringen von Druckeigenspannungen verbesserte Randschichteigenschaften einzustellen. Das Projekt „Wear-O“ ist damit beiderseits im Kontext der mechanischen Oberflächenbehandlung wie auch in der additiven Fertigung anzusiedeln.

Motivation

Zur Entwicklung verschleißoptimierter Umform- und Schneidwerkzeuge mit hoher Gestaltfreiheit aus Hartmetall (Wolframcarbid-Kobalt; WC-Co), können verschiedene Ansätze verfolgt werden. Einerseits kann pulverförmiges Hartmetall inkrementell mit dem maschinellen Oberflächenhämmerverfahren „Piezo Peening“ zu komplexen Formen verdichtet werden. Weiterhin erlaubt das „Piezo-Peening“ es, die angefertigten Hartmetallwerkzeuge zu gradieren, also durch örtliche Materialverdichtung und –verfestigung sowie die Induktion von Druckeigenspannungen verbesserte Randschichteigenschaften einzustellen. Hierdurch soll die Standzeit hochbeanspruchter Umformwerkzeuge gesteigert werden.

Ziel

  • Erhöhung der Gestaltungsfreiheit bei gleichzeitiger Optimierung der Randschichten in hoch beanspruchten Hartmetallwerkzeugen Untersuchungen
  • Aufbau eines Versuchsstands zur inkrementellen mechanischen Pulververdichtung (Machine hammer peening based additive layer manufacturing, MHP-ALM)
  • Bauteil- und Randschichtanalyse mit mikroskopischen und mechanischen Verfahren