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Analyse der entladeimpulsabhängigen Oberflächenintegrität senkfunkenerodierter Umformwerkzeugformeinsätze aus Hartmetall und ihrer Auswirkungen auf die tribologischen Eigenschaften und das resultierende Ermüdungsverhalten

Fachliche Zuordnung Spanende und abtragende Fertigungstechnik
Förderung Förderung von 2016 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290130034
 
Erstellungsjahr 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Hartmetalle bestehen aus Hartstoffen die in einer Metallmatrix gebunden sind. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden ausschließlich Wolframkarbid-Cobalt Hartmetalle untersucht, wobei unterschiedliche Hartstoffkorngrößen sowie verschiedene Cobalt-, bzw. Binderanteile betrachtet wurden. Durch die Möglichkeit diese Bestandteile unabhängig voneinander zu variieren, können Hartmetalle ein sehr vielfältiges Eigenschafts- und damit auch Anwendungsspektrum abdecken. Außerdem zeichnen sich Hartmetalle dadurch aus, dass sie deutlich härter und resistenter gegenüber Verschleiß sind als Stähle aber gleichzeitig zäher und nicht so bruchempfindlich wie reine Hartstoffe. Sie eignen sich damit hervorragend für den Einsatz als Werkzeugwerkstoffe, im Fall dieses Forschungsprojektes als Umformwerkzeug. Gleichzeitig erschweren diese Eigenschaften aber auch ihre konventionelle Bearbeitung, weshalb die Funkenerosion mit ihrem thermophysikalischen und damit kraftfreien Wirkprinzip eine vielversprechende Alternative darstellt. Jedoch erfahren die Werkstücke bei der Funkenerosion durch den thermischen Materialabtrag eine Belastung, welche zu einer Schädigung führen kann. Es ist von daher eines der Ziele des Forschungsvorhabens diese Belastungen und damit auch die Schäden im Werkstück zu identifizieren und im Folgenden zu reduzieren. Hierfür wurden zunächst die Unterschiede zwischen der Hartmetallbearbeitung und der bisher deutlich umfangreicher untersuchten Stahlbearbeitung identifiziert. Um neben dem Werkstoff auch die elektrischen Parameter zu betrachten, wurden die Bearbeitungstechnologien, welche von den Maschinenherstellern speziell für die Hartmetallbearbeitung entwickelt wurden, analysiert und deren Einfluss auf das Bearbeitungsergebnis untersucht. Zusätzlich wurden verschiedene Werkzeugelektrodenwerkstoffe bezüglich Abtragrate und Verschleiß miteinander verglichen. Im nächsten Schritt wurde die Oberflächenintegrität der mittels verschiedener Bearbeitungstechnologien bearbeiteten Hartmetalle untersucht. Hierzu zählen die Oberflächenrauheit, Härte, Risszähigkeit, Dicke der wiedererstarrten Zone, Dicke der wärmebeeinflussten Zone und die Eigenspannungen, wobei diese nur an der Oberfläche gemessen werden konnten. Zur Bestimmung der Bauteilfunktionalität wurden im nächsten Schritt Biegewechselfestigkeit, Biegebruchfestigkeit und tribologische Eigenschaften untersucht. Neben den verschiedenen Bearbeitungstechnologien sind hierfür auch Bearbeitungen auf einer anderen Maschine durchgeführt worden und zwei verschiedene Nachbehandlungstechnologien verglichen worden. Als finales Element dieses Forschungsvorhabens wurde eine komplexe Geometrie mit zwei verschiedenen Bearbeitungstechnologien in zwei Hartmetallstempel eingesenkt und in einem Dauerversuch jeweils etwa 7300-mal in ein Dickblech eingeprägt. Hierbei hat sich gezeigt, dass sich die funkenerosive Bearbeitung beschleunigen lässt, ohne dass damit eine Verschlechterung bei der Bauteilqualität in Kauf genommen werden müssen.

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