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Vortrag

WEB Additive Fertigung von Hartmetallwerkzeugen im L-PBF Prozess – Eigenschaftsprofile, Versagensursachen und Optimierungsansätze

Mittwoch (13.05.2020)
16:50 - 17:05 Uhr Raum 2
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Additive Fertigungsverfahren, wie das Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), bieten erhebliches Potenzial zur Herstellung anwendungsoptimierter Zerspanwerkzeuge. Industrielle Applikationen beschränken sich jedoch aktuell auf die Herstellung von Werkzeuggrundkörpern und -haltern aus bereits qualifizierten Stählen, wie 1.2709. Die additive Erzeugung schneidender Werkzeugbereiche hat bislang noch keinen Einzug in die industrielle Fertigung gefunden.

Werkzeuge zur spanenden Materialbearbeitung werden nach heutigem Stand der Technik größtenteils aus Hartverbundstoffen hergestellt. Hartmetalle auf Basis von WC-Co haben sich in dem Zusammenhang als meistverwendete Hochleistungsschneidstoffe für industrielle Anforderungen etabliert. Die klassische Herstellungsroute von WC-Co in den für Zerspanwerkzeuge erforderlichen Qualitäten erfolgt pulvermetallurgisch im Sinterprozess. Ein wesentliches Merkmal der so erzeugten Hartmetalle ist das separate Vorliegen der Binder- und Hartstoffkomponenten in definierten Phasengleichgewichten und homogenen Gefügemikrostrukturen.

Im Gegensatz zum Sinterprozess zeichnet sich das L-PBF Verfahren durch einen heterogenen Energieeintrag und kurze thermische Einwirkzeiten aus. Diese prozessspezifischen Randbedingungen in Verbindung mit den werkstoffspezifischen Eigenschaften der Hartmetalle führen zu charakteristischen Defekten in den lasergenerierten Gefügen. Diese äußern sich beispielsweise in einer erhöhten Porosität, thermischen Spannungsrissen, einer heterogenen Mikrostruktur sowie unerwünschten Veränderungen der Elementen- und Phasenbilanz. Im Vergleich zu klassisch gesinterten Hartmetallen bewirken diese Defekte eine erhebliche Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere eine Reduzierung von Härte, Festigkeit und Zähigkeit. Die Folge ist ein deutlich früheres Versagen der Werkzeuge im Zerspanprozess.

Im Vortrag werden die Entstehungsmechanismen kritischer Defekte differenziert betrachtet. Davon ausgehend werden mögliche Optimierungsansätze auf Werkstoff- und Prozessebene aufgezeigt. Die Wirksamkeit dieser Maßnahmen zur Reduzierung der Materialdefekte und zur Verbesserung der mechanischen Materialeigenschaften wird im Rahmen experimenteller Untersuchungen überprüft, bewertet und zusammenfassend dargestellt. Abschließend werden die Ergebnisse anhand von additiv erzeugten Demonstratorwerkzeugen im Zerspanprozess an unterschiedlichen Werkstoffen validiert.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Tobias Schwanekamp
Rheinische Fachhochschule Köln
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Martin Reuber
    Rheinische Fachhochschule Köln (RFH)

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