Standmengensteigerung von Schmiedegesenken und Warmumformwerkzeugen durch Integration von additiv gefertigten oberflächennahen Kühlelementen aus hochverschleißbeständigen Materialien

Für die Stückkosten eines Präzisionsschmiedeteils spielen die Werkzeugstandmenge und Rüstkosten eine maßgebliche Rolle. Schmiedegesenke verschleißen insbesondere durch die Werkstoffzerrüttung an der Oberfläche, die hauptsächlich durch die hohe Temperatur der Schmiedeteile und die schroffen Temperaturwechselzyklen verursacht wird. In den letzten Jahren gab es Bestrebungen, die Gesenktemperatur beim Schmieden durch oberflächennahe Kühlkanäle zur regulieren und damit vor Verschleiß zu schützen. Durch die 3D-Kontur der Gesenkoberfläche sind diese meist nur durch selektives Laserschmelzen (SLS) herstellbar. Die heute verfügbaren Materialien für SLS weisen aber nur geringen Widerstand gegen den ebenfalls auftretenden abrasiven Verschleiß auf. Im beantragten Vorhaben soll deshalb Stellite als hochhartes Gesenkmaterial erstmals für das selektive Laserschmelzen qualifiziert werden. Um die Herstellkosten des Gesenks im wirtschaftlich attraktiven Rahmen zu halten, soll nur eine dünne Haube mit den feinen Kühlkanälen im 3D-Druck hergestellt und auf einem inneren Kühlkörper befestigt werden. Dieser enthält die Zu- und Abführung des Kühlmediums und muss in seinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten an die Temperaturverhältnisse der Fügestelle anpassbar sein. Nach erfolgreicher Herstellung von Stellite-Bauteilen im SLS-Verfahren werden die Materialeigenschaften ermittelt und für eine Simulation der Gebrauchs- und Sicherheitseigenschaften derart hergestellter Gesenke genutzt. Es wird ein Demonstrator aufgebaut und unter industrieähnlichen Bedingungen erprobt und abschließend ein weiterer, gegebenenfalls verbesserter Demonstrator unter Industrieverhältnissen zum Einsatz gebracht. Neben höheren Standmengen und deren wirtschaftlichen Vorteilen in der Schmiedeindustrie werden vor allem Werkzeugbauer, Gießereien und 3D-Druck-Unternehmen die Erkenntnisse nutzen können. Alle diese Industriezweige sind stark mittelständisch geprägt.