Heißisostatisches Pressen bei konstruktiver Bauteilanpassung vorteilhaft

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In diesem Zylinderstadium werden an beiden Seiten des Bauteils Flansche angebracht, die zum Einbau des Zylinders in den Extruder erforderlich sind. Bisher hat man diese Flansche nach dem Beschichten an das Rohteil geschweißt. Zuvor musste ein aus Blech gefertigtes Kühlsystem am Zylindermantel angebracht werden.

Verzicht auf Schweißprozesse erhöht Fertigungssicherheit

Bei der ursprünglichen Fertigungsmethode erzeugte das Anschweißen des Kühlsystems und der Flansche an den Zylinder Wärmespannungen, die zur Bildung von Rissen in der Hartschicht führen konnten. Solche Risse machen den Zylinder unbrauchbar. Um das zu vermeiden, erfolgt das Schweißen üblicherweise bei kontinuierlicher Erwärmung des Rohlings in kleinen Schritten – ein langwieriger und kritischer Fertigungsschritt, der es notwenig machte einen alternativen Fertigungsweg zu suchen.

Die Lösung fand man in der Kühlung des Systems. Heute müssen die Flansche nicht mehr angeschweißt werden. Sie werden pulvermetallurgisch durch heißisostatisches Pressen hergesellt.

Zylinderfertigung in zwei Schritten

Bei der heutigen Zylinderfertigung sind zwei Verfahrensschritte zu einem zusammengefasst. So werden der Edelstahl-Grundkörper und die kobaltbasierte Innenbeschichtung aus Pulver gefertigt. Zusammen mit der Kapselkonstruktion werden auch die Flansche gebildet. Ein Zwischenblech gewährleistet die Trennung beider pulverförmiger Werkstoffe, dem Edelstahl 304L und der kobaltbasierten Hartbeschichtung (Bild 4).

Weil bei der neuen Konstruktion die Grundform aus Pulver gefertigt wird, ist es möglich, eine spiralförmige Röhre in das Pulver einzulegen. Die Röhre wird am Ende der Grundform auf dem Blech-Zwischenstück befestigt und mit dem Edelstahlpulver umgeben (Bild 5).

Röhre wird beim heißisostatischen Pressen nicht zusammengedrückt

Um zu verhindern, dass die Röhre während des heißisostatischen Pressens zusammengedrückt wird, muss sie zur Umgebung der Kapsel offen und gegenüber dem Innenraum der Kapsel gasdicht ausgelegt sein. Zu diesem Zweck wird die spiralförmige Röhre auf einer Seite verschlossen und so gebogen, dass dieses Ende im großen Flansch liegt. Das andere Ende wird aus der Kapsel herausgeführt und so verschweißt, dass der Außendurchmesser der Röhre mit der Kapsel gegenüber der Umgebung gasdicht ist.

Nachdem die Kapsel fertiggestellt ist, wird die Lage des verschlossenen Endes der spiralförmigen Röhre im Inneren des Flansches durch Ultraschallmessung ermittelt, so dass sich nach der Endbearbeitung der zweite Anschluss des Kühlsystems von außerhalb an der richtigen Stelle anbringen lässt (Bild 6).

Heißisostatisches Pressen spart Rohstoffe und Kosten

Die Fertigungsanpassung bei einem komplexen Bauteil, wie dem Einschneckenzylinder, an die HIP-Technik hat eine Einsparung teuerer Rohstoffe bei gleichzeitiger Minimierung der Fertigungskosten bewirkt. Aufgrund dieser Methode ist es nicht mehr notwendig, einen Rohling im Voraus vorzubereiten. Außerdem ist die Gefahr, dass während der Bearbeitung Ausschuss entsteht, ausgeschlossen.

Das heißisostatische Pressen ermöglicht, die Kühlspirale direkt hinter der Hartbeschichtung zu platzieren – an einer optimalen Stelle in unmittelbarer Nähe der Wärmequelle. Die verbesserte Kühlung führte zu minimalem Zylinderverschleiß und zu einem Produkt von gleichbleibend hoher Qualität. Die Zylinderstandzeit wurde durch das integrierte Kühlsystem praktisch verdoppelt.

Viele herkömmliche Fertigungsschritte wurden durch Anwendung des heißisostatischen Pressens vereinfacht oder entfielen sogar ganz. Vorraussetzung ist eine enge Zusammenarbeit mit dem Kunden. Nur so lassen sich vorteilhafte Lösungen für beide Seiten erarbeiten. Bei einer gewissen Risikobereitschaft sind die Anwendungsmöglichkeiten für HIP-Produkte praktisch unbegrenzt.

Lothar Bruder ist Market Product Manager bei der Kennametal HTM AG in CH-2503 Biel.

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