Reduzierung des Treppenstufeneffekts bei aus Blechlamellen geschichteten Werkzeugen mittels additiver und umformtechnischer Nachbearbeitung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Grundlagen der Herstellung von hybrid-additiven Lamellenwerkzeugen für die Blechumformung wurden untersucht. Es wurde ein semi-analytisches Modell entwickelt, um die Festigkeitsanforderung der Lamellen während des Tiefziehens zu sicherzustellen. Das Modell führt zu der Erkenntnis, dass die Verwendung von teilweise kostengünstigen Werkzeugblechen mit geringeren Festigkeiten möglich ist. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass zunächst ein LPA-Verbindungsschritt notwendig ist vor dem restlichen Auffüllen der vorhandenen Treppenstufen, um einen thermischen Verzug der Bleche zu vermeiden. Das Auffüllen in radialer Richtung führt zu einer besseren Oberflächenrauhigkeit, erhöht aber auch die Produktionszeit. Eine Vorwärmung der Bleche reduziert zwar Eigenspannungen, erhöht aber auch die Welligkeit der Formoberfläche. Die Laserbehandlung als Nachbearbeitungsmethode verringert die Härte der abgeschiedenen Oberfläche, verbessert aber die Oberflächenrauheit erheblich und spart im Gegensatz zu den anderen Methoden v.a. zusätzliche Werkzeugkosten. Das gewonnene Wissen konnte erfolgreich auf eine komplexe Tiefziehgeometrie übergetragen werden. Abschließend wurde eine systematische Bewertung für das hybride Verfahren im Vergleich zu konventionellen Werkzeugen und nur mittels LPA und Fräsen hergestellten Werkzeugen vorgenommen. Dabei wurde festgestellt, dass -bei gleich bleibendem Bauteilgewicht- das hybride Verfahren nicht nur energiesparender, sondern auch schneller ist. Für das hybride Verfahren kann Folgendes geschlussfolgert werden: I) Es bietet eine schnelle Herstellung von durchaus verschleißbeständigen Tiefziehwerkzeugen für hochfeste Bleche, da die Funktionsflächen dank des LPA eine hohe Härte aufweisen, wodurch auch der energieintensive Härteprozess entfällt. II) Es ermöglicht aufgrund der günstigen Spannungsverteilung die Verwendung von Blechen mit geringer Festigkeit für die meisten Lamellen und spart somit Kosten im Vergleich zu vollständig aus Werkzeugstählen gefertigten Werkzeugen. III) Es hat einen geringeren CO2-Fußabdruck als vollständig mittels LPA gefertigte Werkzeuge, da nur kleine Teile der Matrize mit dem LPA-Verfahren bearbeitet werden. Außerdem ist das neue Verfahren aufgrund der deutlich geringeren Menge des verarbeiteten Pulvers wesentlich schneller (bauteilindividuell, keine allgemeine Bezifferung möglich). IV) Es ermöglicht auch die Herstellung komplexer Werkzeuggeometrien über einfache axialsymmetrische Werkzeuge hinaus, da die Herstellung der Lamellen verhältnismäßig einfach ist und das LPA-Verfahren in der Lage ist, Stufen mit quasi-beliebiger Geometrie zwischen den Lamellen zu füllen. V) Schließlich könnten durch entsprechende Anpassung der Lamellen noch Kühlkanäle und /oder funktionelle Elemente wie Sensoren in die Werkzeuge eingebracht werden, um „Smart Tools“ bereitzustellen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Effect of preheating during laser metal deposition on the properties of laminated bending dies. Springer Science and Business Media LLC.
Joghan, Hamed Dardaei; Hahn, Marlon & Tekkaya, A. Erman
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Hybrid additive manufacturing of metal laminated forming tools. CIRP Annals, 71(1), 225-228.
Dardaei, Joghan Hamed; Hahn, Marlon; Sehrt, Jan T. & Tekkaya, A. Erman
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Hybrid Additive Manufacturing of Forming Tools. Automotive Innovation, 6(3), 311-323.
Dardaei, Joghan Hamed; Hölker-Jäger, Ramona; Komodromos, Anna & Tekkaya, A. Erman
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Ressourcen and manufacturing technology evaluation of hybrid additive metal laminated tooling for forming. 26th ESAFORM, 19-21 April (2023)
Dardaei, Joghan, Hahn, M., Aboola, O. E. & Tekkaya, A. E.
