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Tuesday, June 19, 2007, Brüssel 3:00 PM Fügen von Hartstoffen, Hartmetallen, Cermets Joining of cemented carbides, hard metals, cermets |
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Keramik-Metall-Verbundwerkzeuge für die Metallbearbeitung |
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Todd Alexander Deißer* / Institut für Werkstoffkunde, Leibniz Universität Hannover, Deutschland Friedrich-Wilhelm Bach / Institut für Werkstoffkunde, Leibniz Universität Hannover, Deutschland Kai Möhwald/ Institut für Werkstoffkunde, Leibniz Universität Hannover, Deutschland Bernd-Arno Behrens/ Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Leibniz Universität Hannover, Deutschland Marcus Kamp/ Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Leibniz Universität Hannover, Deutschland Marcus Bistron/ Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Leibniz Universität Hannover, Deutschland |
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Verschleiß an Umform- und Schneidwerkzeugen stellt in der Praxis die Hauptausfallursache dieser prozesswichtigen Bauteile dar. Moderne Fertigungsprozesse stellen hierbei Anforderungen, denen konventionelle Metallwerkzeuge oft nicht gerecht werden können. Keramiken zeichnen sich gegenüber metallischen Werkstoffen durch eine außerordentlich hohe Verschleißbeständigkeit aus. Vollkeramische Werkzeuge besitzen jedoch eine geringe Duktilität, was ihren Einsatz aus ökonomischer und konstruktiver Hinsicht erschwert oder sogar unmöglich macht. Dagegen erreichen Verbundwerkzeuge hohe Standzeiten und bieten die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Umsetzung. Durch die Trennung des Werkzeuges in funktionale Belastungszonen ist es möglich, verschiedene Werkstoffklassen (Metall oder Keramik) dort anzuordnen, wo die jeweiligen Eigenschaften gezielt ausgenutzt werden können. Dies setzt eine zielführende Umsetzung von Keramik-Metall-Verbundwerkzeugen voraus, die durch Fügetechnologien, wie das Aktivlöten, verfügbar sind. Unter keramischen Werkstoffen mit einer fertigungstechnischen Relevanz, besitzt Siliziumnitrid (Si3N4) mit Abstand den höchsten Verbreitungsgrad, z. B. als Wendeschneidplatte oder Bohrwerkzeug. Unter Ausnutzung der hohen Verschleiß- und Temperaturbeständigkeit dieser Keramik können alternative Anwendungen in der Warmmassivumformung (Präzisionsschmieden) sowie dem spanlosen Trennen (Scherschneiden) erschlossen werden. Beim Scherschneiden von Blechen bewirkt auftretender Verschleiß eine geometrische Veränderung des Schneidspaltes, was sich durch einen erhöhten Schnittgrat im Schnittteil widerspiegelt. Durch die Modifizierung der Stempelspitze mittels Auflöten einer Keramik, ist es möglich, auftretenden Verschleiß deutlich zu reduzieren. Bei Matrizen zum Präzisionsschmieden von Zahnrädern unterliegen die Zahnspitzen der Gesenke, bedingt durch hohe Materialflüsse und dem Vorliegen von Zunder auf dem Schmiedestück, stärkster Verschleißbeanspruchung. Durch Einbringen aktivgelöteter Si3N4-Segmente in diesen Zonen sind höhere Standmengen der Werkzeuge erreichbar. Durch die hier dargestellten Arbeiten konnte die Umsetzung von Werkzeugkonzepten für das spanlose Trennen und die Warmmassivumformung mit guten Ergebnissen nachgewiesen werden. Unter Anwendung moderner keramischer Werkstoffe sowie angepasster Fügeverfahren ist es möglich, für konventionelle, hochbelastbare Schneid- und Umformwerkzeuge überlegene Verbundwerkzeugkonzepte bereitzustellen. Die Integration der Keramik wurde durch einen Vakuumlötprozess unter Verwendung von AgCu-Aktivloten mit Ti-Dotierung realisiert. |