Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Steigerung der Werkzeugstandzeit und Prozesssicherheit durch additiv gefertigte, funktionsangepasste Gewindewerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (AddBo)

Das Gewinden liegt häufig am Ende der gesamten Prozesskette von spanend gefertigten Bauteilen, weshalb ein nichtlehrenhaltiges Gewinde oder gar ein Werkzeugbruch zu immensen Ausschusskosten oder zu kosten- und zeitintensiver Nacharbeit führt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung der additiven Fertigung mittels Laser Powder Bed Fusion (LPBF) von Gewindewerkzeugen aus Schnellarbeitsstahl, welche durch maßgeschneiderte Kühlkanalgeometrien zu einer gesteigerten Prozesssicherheit und Standzeit im Einsatz vor allem bei KMU führen. Die wirtschaftliche additive Fertigung wird durch die Betrachtung und Anpassung der gesamten Herstellungsprozesskette der Gewindewerkzeuge systematisch untersucht.

Zur Erarbeitung der Zielstellung wird eine wirtschaftliche Verarbeitung eines rissanfälligen Schnellarbeitsstahls mittels LPBF unter möglichst geringen geometrischen Restriktionen für komplexe Bauteile untersucht. Die Nachbearbeitung der additiven Bauteile mittels heißisostatischem Pressen (HIP) und Wärmebehandlung sowie die resultierenden mechanischen Kennwerte werden ermittelt, um eine wirtschaftliche Herstellungsprozesskette für additive Bauteile aus Schnellarbeitsstahl zu definieren. Ausgehend von den Randbedingungen wird die KSS-Zufuhr von Gewindewerkzeugen strömungsmechanisch optimieret, um Druckverluste im Werkzeug zu reduzieren. In Kombination mit einer FEM-Simulation wird iterativ das Werkzeugdesign überarbeitet, um bei möglichst stabilem Werkzeug die bestmögliche Fluidströmung zu gewährleisten.

Das übergeordnete Projektergebnis sind Gestaltungsrichtlinien zur Auslegung und Fertigung von Werkzeugen wodurch KMU ermöglicht wird, die Ergebnisse aus dem Vorhaben unmittelbar in ihrer Produktion umzusetzen. Der technologische Vorsprung für KMU durch die erhöhten Freiheitsgrade der additiven Fertigung leistungsfähigere Gewindewerkzeuge zu fertigen und in der Fertigung einzusetzen, führt zu einem langfristigen Ausbau von Wettbewerbsvorteilen.