DE102007017752A1

DE102007017752A1 - Thermisches Auftragverfahren

Info

Publication number: DE102007017752A1
Application number: DE200710017752
Authority: DE
Inventors: Markus Dirscherl
Original assignee: Innovaris GmbH and Co KG
Current assignee: HERMLE MASCHINENBAU GMBH, 78559 GOSHEIM, DE
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-10-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung zum kombinierten Aufbau eines Werkstückes durch thermisches Spritzen und mechanisches Abtragen, insbesondere Fräsen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsvorrichtung eine Bearbeitungskammer für das Auftragen und für das Abtragen besitzt, sodass das Auftragen und das Abtragen in ein und derselben Bearbeitungskammer innerhalb der Bearbeitungsvorrichtung stattfinden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung komplexer Bauteile, insbesondere mit komplexen, innen liegenden Kavitäten, wobei der Untergrund durch ein mechanisches Abtragverfahren, insbesondere durch Fräsen, überarbeitet wird, um eine definierte Ausgangsfläche bzw. definierte Geometrie für das nachfolgende thermische Auftragverfahren zu erhalten.
Nach dem Stand der Technik werden thermisch gespritzte Schichten nachgearbeitet, um eine definierte Ausgangsfläche bzw. definierte Geometrie für den nachfolgenden thermischen Auftragvorgang zu erhalten. Bei diesem nachfolgenden Auftragvorgang ergeben sich große Probleme mit der Haftung der Schichten. Dies ist immer dann der Fall, wenn aus verfahrenstechnischen Gründen die Prozessschritte Auftragen und Abtragen nicht miteinander direkt kombinierbar sind, weil das mechanische Abtragverfahren räumlich getrennt vom thermischen Auftragverfahren durchgeführt werden muss. Z. B. wird im Regelfall das thermische Auftragverfahren in einer speziell gestalteten Spritzkabine und das mechanische Abtragverfahren in einem spezielle gestalteten Bearbeitungszentrum durchgeführt. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an den Aufstellort für Spritzkabine und Bearbeitungszentrum wird hier in der Regel immer eine große räumliche Trennung vorliegen. So muss die Spritzkabine aufgrund der beim Auftragen entstehenden heißen und explosionsfähigen Atmosphäre (explosionsfähiges Staub-Luftgemisch unter hoher Temperatur und unter hohem Druck) in der Regel in einem speziell explosionsgeschützten Bereich aufgestellt werden. Dem gegenüber muss die Bearbeitungsmaschine zum mechanischen Abtragen aufgrund der geforderten sehr hohen Abtraggenauigkeit (Oberflächengüte und Maßgenauigkeit) in der Regel in einem thermisch sehr stabilen und sehr staubfreien Bereich aufgestellt werden. Es entsteht somit ein Zielkonflikt zwischen den beiden Verfahren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, bei welchen eine gute Haftung zwischen den Schichten erzielt wird.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen zum Inhalt.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass nur eine minimale Zeitdifferenz zwischen thermischem Auftragen und mechanischem Abtragen entsteht, um so die Qualität und insbesondere die Haftung der Beschichtung zu verbessern.
Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung liegt somit in der zeitlichen Abfolge der Be- und Verarbeitungsprozesse, wodurch Veränderungen an der Oberfläche sowie Veränderungen im Material deutlich eingeschränkt werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung werden bei der Erfindung die Schritte "Auftragen" und "Abtragen" beliebig miteinander kombiniert, aber zeitlich so abfolgend, dass eine gute Qualität der Bauteile erzielt wird.
Vorzugsweise erfolgt das Abtragen durch Fräsen.
Weiterhin erfolgen die Be- und Verarbeitungsprozesse, ohne dass sich die Bauteiltemperatur während der Prozesse oder in den Nebenzeiten wesentlich verändert.
Abhängig von der Bauteiltemperatur, der Temperatur, welche durch den thermischen Spritzprozess eingetragen wird oder aufgrund der Oxidationsrate des Materials, muss die Oberfläche kurz vor dem Auftragen überfräst werden, um die beeinflusste Zone abzutragen.
Abhängig von den Materialien, welche verarbeitet werden, verändern sich nach dem Auftragen die Materialeigenschaften bzw. das Materialgefüge, wodurch die Anbindung der neuen Schicht negativ beeinflusst wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung muss diese zeitliche Abfolge besonders dann erfolgen, wenn das neu aufgetragene Material keine höhere Härte bzw. Festigkeit hat als der Untergrund.
Grundsätzlich ist anzumerken, dass es Materialien gibt, die für Oxidation an der Oberfläche anfällig sind. Abhängig von der Dicke, Festigkeit und Härte bildet sich an der an der Atmosphäre befindlichen Oberfläche eine widerstandsfähige Sperrschicht, die eine Anbindung der Partikel verhindert oder zumindest erschwert.
Um die Ausbildung der Oxidschicht – Sperrschicht – zu reduzieren, wird in kurzer Zeit nach dem Abtragverfahren das Auftragverfahren durchgeführt. Dies gilt natürlich auch für den umgekehrten Vorgang als auch für aufeinanderfolgende Auftragvorgänge.
Die gute Haftung bzw. Anbindung ist besonders bei nicht rotationssymmetrischen Werkstücken wichtig. Rotationssymmetrische Schichten stellen eine "einhüllende" geschlossene Schicht dar, die sich im Vergleich zu nicht rotationssymmetrischen Schichten, z. B. Flächen, nicht so leicht lösen kann.
Als weiteren negativen Faktor hat sich bei einem großen zeitlichen Versatz zwischen Auftrag- und Abtragvorgang herauskristallisiert, dass sich das Materialgefüge mit der Verweildauer verändert und zu einer schlechteren Verbindung der aufeinanderfolgenden Schichten führt. Insbesondere diese Problematik lässt sich nur durch eine schnelle Abfolge von Auftrag und Abtrag bzw. Auftrag und Auftrag lösen.
Bei Auftrag von Material mit höherer Festigkeit als der Untergrund sollte die Verweilzeit 10 Minuten oder niedriger sein (z. B. Stahl auf Eisen). Bei Auftrag von Material A auf Material A sollte die Verweilzeit 5 Minuten nicht überschreiten (z. B. Kupfer). Schließlich sollte die Verweilzeit 1 Minute nicht überschreiten, wenn Material mit niedriger Festigkeit auf Material mit hoher Festigkeit aufgebracht wird (z. B. Al auf Cu). Die Zeiten hängen also stark von den zu verwendenden Materialien ab. Geeignete Materialien sind z. B. Buntmetalle, Leichtmetalle und Eisenlegierungen.

Claims

Bearbeitungsvorrichtung zum kombinierten Aufbau eines Werkstückes durch thermisches Spritzen und mechanisches Abtragen, insbesondere Fräsen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsvorrichtung eine Bearbeitungskammer für das Auftragen und für das Abtragen besitzt, sodass das Auftragen und das Abtragen in ein und derselben Bearbeitungskammer innerhalb der Bearbeitungsvorrichtung stattfinden kann.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskammer explosionssicher ausgebildet ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskammer eine Absaugung besitzt, um die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre sicher zu verhindern.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskammer eine Druckentlastungsklappe besitzt, um einen unzulässig hohen Druckanstieg aufgrund einer Explosion sicher und gezielt ableiten zu können.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Wände der Bearbeitungskammer mit Wasser kontinuierlich gespült werden, um so zusätzliche Staubaufwirbelungen durch Ablagerungen bei einer Explosion zu verhindern.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kinematik für die Abtrageinrichtung und die Kinematik für die Auftrageinrichtung identisch sind.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bearbeitungskammer ein beheizbarer Substrathalter für die Erwärmung der Bauteile angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung komplexer Bauteile, insbesondere mit komplexen, innen liegenden Kavitäten, wobei der Untergrund durch ein mechanisches Abtragverfahren, insbesondere durch Fräsen, überarbeitet wird, um eine definierte Ausgangsfläche bzw. definierte Geometrie für das nachfolgende thermische Auftragverfahren zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsschritte Auftragen und Abtragen in beliebiger Reihenfolge aber immer zeitlich optimiert ablaufen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Verweildauer zwischen den einzelnen Arbeitsschritten Auftragen und Abtragen unter 10 Minuten liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Verweildauer zwischen den einzelnen Arbeitsschritten Auftragen und Abtragen unter 5 Minuten liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Verweildauer zwischen den einzelnen Arbeitsschritten Auftragen und Abtragen unter 1 Minute liegt.