Kombinierte Fertigung des Werkzeugstahls AISI H13 mittels laserbasierter additiver Fertigung und mechanischer Nachbearbeitung zur Steigerung von Einsatz- und Lebensdauer

Die additive Fertigung von H13 Werkzeugstahl mittels Laserstrahlschmelzen (Laser-based powder bed fusion PBF-LB) ermöglicht neue Designs im Werkzeugbau wie interne Kühlkanäle in Druckguss- oder Spritzgusswerkzeugen, die deren Standzeit erhöhen. Aufgrund unzureichender Maßhaltigkeit und hoher Rauheit infolge der additiven Fertigung erfordern die Bauteile jedoch eine spanende oder umformende Endbearbeitung. Diese hat einen signifikanten Einfluss auf die Oberflächen- und Randzoneneigenschaften. Durch gezielte Charakterisierung und Anpassung dieser Eigenschaften im Herstell- und Endbearbeitungsprozess wird eine neue Generation optimierter H13-Werkzeuge entwickelt, die die Eigenschaften der Referenzwerkzeuge übertrifft.

Durch die Kenntnis der Einflüsse der Prozessstellgrößen und der Wechselwirkungen beim PBF-LB, Fräsen und dem Festwalzen auf die Randzoneneigenschaften von H13-Stählen können die Lebensdauer und Standzeit von Werkzeugen gezielt eingestellt und gesteigert werden. Somit werden die jeweiligen Vorteile der unterschiedlichen Fertigungsverfahren in einer kombinierten Prozesskette gewinnbringend vereint.

Zielsetzung des Projekts

Im Projekt untersuchen wir die Einflüsse der Prozessstellgrößen der Fertigungsverfahren der Kombinierten Fertigung (PBF-LB, Fräsen und Festwalzen) und die Wechselwirkungen zwischen den Verfahren auf die Randzoneneigenschaften wie Härte, Mikrostruktur, Eigenspannungszustand und Rauheit. Durch die gewonnenen Kenntnisse optimieren wir die Herstellungsprozesskette. Somit nutzen wir die Einstellung lokal definierter Oberflächen- und Randzoneneigenschaften durch den Herstell- und den Endbearbeitungsprozess optimal. Das Ziel ist es, leistungsfähigere Werkzeuge aus H13-Stählen herzustellen.

Vorteile

• Kenntnis der Oberflächen und Randzoneneigenschaften – entlang der Prozesskette aus PBF-LB, Fräsen und Festwalzen
• Leistungssteigerung von Werkzeugen – ängere Standzeiten verringern die Nebenzeiten und erhöhen die Produktivität
• Optimierte kombinierte Fertigung – Nutzung der Vorteile der jeweiligen Fertigungsverfahren und Verknüpfung entlang der Prozesskette

Vorgehen

Im Projekt Kombinierte Fertigung des Werkzeugstahls AISI H13 untersuchen wir zusammen mit dem Institut für Werkstofftechnik (IfW) der Universität Kassel die lokalen Oberflächen- und Randzoneneigenschaften additiv gefertigter H13 Stähle. Hierbei liegt der Fokus auf dem Einfluss der Prozessstellgrößen sowohl beim PBF-LB als auch bei den nachgelagerten Prozessschritten Fräsen und Festwalzen auf die Bauteileigenschaften. Hierzu werden die Bauteile metallografisch und röntgenographisch analysiert und aus der Kenntnis der Wechselwirkungen der Verfahren untereinander werden optimierte Prozessstellgrößen erarbeitet und die Eigenschaften der H13-Stähle gezielt eingestellt.   

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Kontaktieren Sie Philipp Pillkahn per E-Mail an pillkahn@ifw.uni.hannover.de oder telefonisch unter +49 511 762 5389.