Erfolgreich in der Verlängerung Per Laserauftragschweißen halten Stanzwerkzeuge viel länger durch

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Weniger Werkzeugwechsel, höhere Prozesssicherheit und einen klaren Beitrag zur Ressourceneffizienz bringen laut RWTH Aachen sogenannte EHLA-Beschichtungen.

Sogenannte EHLA-Beschichtungen (Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen. Englisch: High Speed Directed Energy Deposition, kurz HS-DED) können laut RWTH Aachen eine drastische Standzeitsteigerung bei Stanzwerkzeugen erreichen, wie nun die Arbeiten im erfolgreich abgeschlossene Projekt „StReMA“ am Lehrstuhl Digital Additive Produktion (DAP) bewiesen haben. Generell ging es dabei um den Verschleißschutz steigernde Beschichtungen. Warum das Ganze? Nun, Stanzwerkzeuge kommen überall dort zum Einsatz, wo Löcher, Durchbrüche, Konturen oder Umformungen präzise und wirtschaftlich in Blechen gefordert sind, was dann oft im Sekundentakt geschieht. Entsprechend hoch sind die Belastungen, die auch auf das Werkzeug wirken. Im Rahmen des Projekts standen übrigens 4-Kant-Schneidstempel im Fokus. Es handelt sich dabei um recht kleine, besonders stark beanspruchte Werkzeuge für rechteckige Aussparungen, wie die Experten aus Aacher erklären. Konventionell aus 1.2379-Werkzeugstahl gefertigt, erreichen sie bei einer durchschnittlichen Leistung von rund 150 Hüben pro Minute lediglich rund 15.000 Hübe. Doch sie sind bereits nach etwa zwei Stunden im Einsatz verschlissen. Danach werden sie ausgetauscht oder nachgeschliffen. Um das Manko abzumildern, griffen die Forscher zum Prozess EHLA.

Von zwei Stunden auf 23 Stunden Standzeit

Denn mit diesem Verfahren lassen sich nämlich neu entwickelte Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC) als Verschleißschutzschichten applizieren, um so die Lebensdauer von Werkzeugen deutlich zu verlängern. Den Projektpartnern gelang es dabei, die 4-Kant-Schneidstempel mit einer MMC-Beschichtung zu versehen, die auf 1.2888-Werkzeugstahl basiert und mit Partikeln aus Titancarbid (TiC) oder Wolframcarbid (WC) kombiniert wurde. Die so beschichteten Stempel ließen sich dann auch noch über konventionelle Prozessketten weiterverarbeiten. Eine angepasste Wärmebehandlung erreichte Härten von über 1.000 HV (Härte nach Vickers). Auch klassische Nachbearbeitungen (Drahterodieren und Schleifen) waren möglich. Damit wurden die geforderte geometrische Genauigkeit und Oberflächenqualität auch zuverlässig erreicht. Praxistests in der Serienproduktion bestätigten das Potenzial der neuen Beschichtungen, wie man betont. Den im direkten Vergleich zu Schneidstempeln aus PM-Stahl (CPM 10V) mit TiAlN-Beschichtung – einer der derzeit leistungsfähigsten sowie marktüblichen Ausrüstung mit einer Standzeit von rund 210.000 Hüben – konnten die MMC-beschichteten Stempel überzeugen. Denn mit TiC erreichten sie rund 164.000 Hübe und mit WC sogar 330.500 Hübe. Mit Titancarbid ausgerüstete Stanzstempel halten dann rund 23 Stunden durch! Die mit WC immerhin noch gut 12 Stunden. Diese Idee wurde aber nicht nur an 4-Kant-Schneidstempeln erprobt. Auch sogenannte Beschnittstempel und Bieger konnten mittels EHLA erfolgreich mit MMC-Beschichtungen optimiert werden. Zusätzlich eröffne das Laserauftragschweißen der Variante Laser based directed energy deposition (DED-LB) Möglichkeiten zur Reparatur, um die Wirtschaftlichkeit und Ressourcenschonung weiter verbessern zu können.

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