Laserauftragschweißen optimiert Oberflächen von Werkzeugen

An der Hochschule Pforzheim wird seit mehreren Jahren an einer ver­bes­serten Anwen­dung des Laser­auftrag­schweißens gearbeitet. Neue oder optimierte Verfahrens­modifi­kationen wurden in dieser Zeit in die Produk­tionen von Industrie­partnern gebracht. Die bisherige Tätig­keit findet ihre Fort­setzung in dem aktuellen Forschung­sprojekt „Metall­pulver­spritz­guss abra­siver Werk­stoffe in durch Laser­auftrag­schweißen gepanzerte Werk­zeuge“. Dazu hat Tom Cruz von der Hoch­schule Pforzheim eine Zwischen­studie vorgelegt.

Entstanden ist die Studie im Rahmen des Teilprojekts „Laser­auftrag­geschweißter Verschleißschutz mit geschich­teten Funktions­ober­flächen für MIM-Spritz­gieß­werk­zeuge“. Das „Metal Injec­tion Moul­ding“ MIM, also das Spritz­gießen von Metall, ist ein modernes Ferti­gungs­ver­fahren, mit dem kleine bis mittel­große Bau­teile mit zum Teil sehr komplexen Geome­trien herge­stellt werden können. „Wir arbeiten daran, MIM-Werk­zeuge ver­schleiß­fester zu machen. Dazu wird mit Hilfe des Laser­pulver­auftrag­schweißens Hart­metall in einem Mehr­schicht­system partiell aufge­tragen. Das Ver­fahren lässt es zu, dass das Werk­zeug ganz indivi­duell an seine Beans­pru­chung ange­passt und seine Lebens­dauer damit um ein Viel­faches ver­längert werden kann“, erklärt Cruz. Das Projekt entstand in Koope­ration mit der Firma Ohn­macht & Baum­gärtner aus Ispringen, wo das Ferti­gungs­ver­fahren von der Forschung in die Praxis über­tragen wurde. Die Koope­ration besteht seit 2016 und hat wesent­liche Fort­schritte gebracht.

In der nun veröffentlichten Halbzeitstudie hat Cruz gezeigt, dass unter­schied­liches Ver­schleiß­ver­halten beob­achtet werden konnte und es zu einer massiven plas­tischen Ver­for­mung des bisher einge­setzten Werk­zeug­stahls im Ver­gleich zu den laser­beschich­teten Refe­renz­proben gekommen ist. Dafür wurden in einem ersten Schritt Prüf­stand­versuche zur Messung der Abtra­gung und der Ober­flächen­zerrüt­tung von her­kömm­lich gehär­tetem Werk­zeug­stahl und laser­auftrag­geschweißten Funktions­schichten durch­ge­­führt. Funktionsflächen von unbe­schich­teten Werk­zeugen werden plastisch ver­formt und zeigen einen deut­lich erhöhten Material­abtrag. Die Referenz­proben der beschich­teten Schutz­schichten weisen keinen vergleich­baren Ver­schleiß aus. „Dies zeigt deutlich den Vor­teil von laser­auftrag­geschweißten Schutz­schichten im Ver­gleich zu her­kömm­lich gehär­tetem Werk­zeug­stahl und bekräftig erneut die Moti­vation dieses Projekts“, so Cruz.

Nach erfolgreicher Durchführung des ersten Teils des Projekts und der Wahl des geeig­neten Hart­metall-Basis­materials wird in den folgenden Schritten das erste serien­nahe Werk­zeug gepanzert, um durch die Abfor­mung weiterer Proben das Ver­schleiß­ver­halten zu unter­suchen.

HS Pforzheim / RK