NC-Formschleifen von hartstoffbeschichten Tiefziehwerkzeugen

von Sascha Rausch, Petra Kersting, Dirk Biermann, Institut für Spanende Fertigung (ISF), Technische Universität Dortmund 26. Mai 2015
Teaserbild NC-Formschleifen von hartstoffbeschichten Tiefziehwerkzeugen
Aufgrund der gesetzlichen Bestimmung zur CO2-Reduktion in der Automobilindustrie werden vermehrt neuartige hoch- und höchstfeste Blechwerkstoffe im Karosseriebau eingesetzt, um eine Verringerung des PKW-Gewichts zu erzielen. Die Formgebung dieser Werkstoffe führt jedoch zu einer reduzierten Standzeit der kostenintensiven Umformwerkzeuge.



Zur Steigerung der Verschleißbeständigkeit dieser Werkzeuge können thermisch gespritzte Hartstoffschichten aufgebracht werden. Aufgrund der spritzrauen Oberflächen sind diese jedoch schleifend nachzuarbeiten, um die geforderte Form- und Maßhaltigkeit sowie die Oberflächenqualität zu gewährleisten.

Bei der Erzeugung von tiefgezogenen Werkstücken aus hochfesten Blechwerkstoffen führt die hohe Flächenpressung im Bereich der Ziehkanten an den Umformwerkzeugen zu einem starken abrasiven Verschleiß [1]. Um die Verschleißbeständigkeit dieser tribologisch hoch beanspruchten Funktionsflächen zu steigern, stellt der Einsatz von thermisch gespritzten Hartstoffschichten eine effiziente Lösung dar [2, 3]. Hierbei ist es möglich kostengünstige Werkstoffe, wie z. B. C45 als Grundwerkstoff, für den Werkzeug- und Formenbau einzusetzen. Diese zeichnen sich durch eine gute Zerspanbarkeit aus und sind deutlich kostengünstiger als vergütete Kaltarbeitsstähle. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB 708 wurden diesbezüglich die Verfahren Lichtbogenspritzen (AS) sowie das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) zur Steigerung des Verschleißschutzes von Umformwerkzeugen untersucht [4]. Mit Hilfe des Lichtbogenspritzens wurde ein mit Wolframschmelzkarbid gefüllter Eisendraht (WSC-Fe) aufgeschmolzen und in zwei Überläufen unter Verwendung eines Trägergases auf das Substrat aufgebracht.

Die WSC-Fe-Beschichtung weist eine Schichtdicke von etwa 600 µm und eine gemittelte Vickershärte von etwa 600 HV0,1 auf. Die für das Lichtbogenspritzen typische, vergleichsweise hohe Porosität der Schicht und dessen laminarer Aufbau sind in dem in Abb.1a gezeigten Querschliff deutlich erkennbar. Aufgrund der hohen kinetischen Energie der Spritzpartikel im HVOF-Prozess von bis zu 1000 m/s, die durch die Expansion eines entzündeten Kerosin-Sauerstoff-Gemischs erfolgt, wird eine nahezu porenfreie Schicht erzeugt, die eine Mikrohärte von 1350 HV0,1 aufweist. Der Beschichtungswerkstoff liegt hierbei in pulverförmigen Agglomeraten vor, welche einen Durchmesser von wenigen µm aufweisen. Der HVOF-Prozess kann in mehreren Überläufen durchgeführt werden, wobei jeweils ein Schichtauftrag von etwa 20 µm erfolgt. In Abb.1b ist eine Mikroskopaufnahme eines metallurgischen Querschliffs der Wolframkarbid-Kobalt-(WC-Co)-Beschichtung dargestellt.

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