Funktionalisierung additiv gefertigter Presshärtewerkzeuge mittels Glattwalzen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417202720

Es soll eine neuartige Werkzeugtechnologie für das Presshärten entwickelt werden, bei der die Werkzeuge additiv mittels Laserpulverauftragsschweißen gefertigt werden und die thermischen Anforderungen durch eine umformtechnische Nachbearbeitung der Werkzeugoberfläche lokal eingestellt werden. Die Idee hierbei ist die aus dem Bauprozess resultierende typische raue Werkzeugoberfläche gezielt einzuebnen und darüber angepasste Kontaktbedingungen zur Beeinflussung des Werkstoffflusses bei der Warmblechumformung sowie des Wärmeübergangs zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück einzustellen.Die Umsetzung soll in der am IUL vorhandenen Kombinationsmaschine zur additiven Fertigung mittels Laserpulverauftragsschweißen und Fräsen erfolgen. Im Forschungsvorhaben soll die Maschine mit Werkzeugen zum Glattwalzen (z.B. hydrostatisch gelagerte Walzwerkzeuge) ausgerüstet werden. Die Ausführung des Laserpulverauftragsschweißens und der umformtechnischen Nachbearbeitung in einer Maschine und in einer Aufspannung ermöglicht es während des additiven Aufbaus des Werkzeugs, ansonsten schwer zugängliche oder sogar unzugängliche Oberflächen zu glätten. Zur Beschreibung der Oberflächentopografie nach dem Walzen von additiv gefertigten Bauteilen soll ein analytisches Modell hergeleitet werden. Das Modell wird für das Prozessergebnis wesentliche Faktoren, wie z.B. den Walzbahnabstand, unterschiedliche Walzkugeldurchmesser sowie unterschiedliche Ausgangsoberflächen, resultierend aus dem Bauprozess, berücksichtigen.Im Gegensatz zu den Verfahren, die im Pulverbett arbeiten, besteht beim Auftragsschweißen nicht die Möglichkeit zur Abstützung von Überhängen durch unverschmolzenes Pulver. In diesem Vorhaben sollen Baustrategien zur Fertigung von Kühlkanälen erarbeitet werden. Unter Variation der Überhänge der Schweißraupen und der Anstellwinkel der Schweißeinheit wird die Geometriekomplexität zunehmend gesteigert, bis hin zu dreidimensional verlaufenden Kühlkanälen. Anhand eines Demonstratorwerkzeugs soll die Wirksamkeit mikrostrukturierter Werkzeugoberflächen und der Integration von dreidimensional verlaufenden Kühlkanälen auf den lokalen Wärmehaushalt und die lokalen Bauteileigenschaften beim Presshärten untersucht bzw. aufgezeigt werden. Langfristig ist es Ziel, die aus dem Laserschmelzprozess im Werkstück verbliebene Wärme für den Walzprozess zu nutzen, um so z.B. das Formänderungsvermögen zu erhöhen und die Fließspannung herabzusetzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen