Forschungsprojekt zu optimierten Oberflächen von Metallpulver-Spritzguss-Werkzeugen

Die Projektpartner an einem Tisch: Dipl.-Ing. (FH) Tom Cruz, hauptverantwortlicher wissenschaftlicher Forschungsmitarbeiter von der Hochschule Pforzheim, (l.) und Johannes Maurath von der Firma OBE.

Hochschule Pforzheim

An der Hochschule Pforzheim wird seit mehreren Jahren an einer verbesserten Anwendung des sogenannten Laserauftragschweißens gearbeitet. Durch das Verfahren lassen sich Werkzeuge mit einem Oberflächenschutz beschichten und gegen Verschleiß zu schützen. „Dies zeigt deutlich den Vorteil von laserauftraggeschweißten Schutzschichten im Vergleich zu herkömmlich gehärtetem Werkzeugstahl und bekräftig die Motivation dieses Projektes“, so Dipl.-Ing. (FH) Tom Cruz, hauptverantwortlicher wissenschaftlicher Forschungsmitarbeiter an der Hochschule. Zum Projekt, das in Kooperation mit der Firma Ohnmacht & Baumgärtner GmbH (OBE) aus Ispringen entstanden ist, hat Tom Cruz nun eine Zwischenstudie vorgelegt.

An der Hochschule Pforzheim wird seit mehreren Jahren an einer verbesserten Anwendung des sogenannten 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 Dipl.-Ing. (FH) Tom Cruz, hauptverantwortlicher wissenschaftlicher Forschungsmitarbeiter an der Hochschule, eine Zwischenstudie vorgelegt.

Entstanden ist die Studie im Bereich Maschinenbau der Fakultät für Technik im Rahmen des Teilprojekts „Laserauftraggeschweißter Verschleißschutz mit geschichteten Funktionsoberflächen für MIM-Spritzgießwerkzeuge“. Das sogenannte „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 Tom Cruz. Das Projekt entstand in Kooperation mit der Firma Ohnmacht & Baumgärtner GmbH (OBE) aus Ispringen, wo das Fertigungsverfahren von der Forschung in die Praxis übertragen wurde. Die Kooperation besteht seit 2016 und hat wesentliche Fortschritte gebracht. Begleitet wird das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) sowie von der Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM).

In der nun veröffentlichten Halbzeitstudie hat Tom 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 Projektes“, so Tom Cruz.

Nach erfolgreicher Durchführung des ersten Teils des Projektes 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.

Quelle:  Hochschule Pforzheim