DE102010025950A1 - Improving wear resistance of a forming tool, preferably a heat forming tool useful for manufacturing press-hardened components, comprising providing forming tool with a protective layer made of a powdered coating material by welding - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit eines Umformwerkzeuges, insbesondere Warmumformwerkzeuges, bei dem das Umformwerkzeug durch Auftragsschweißen mit einer aus einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial hergestellten Schutzschicht versehen wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Warmumformwerkzeug mit einer dessen Verschleißfestigkeit erhöhenden, durch Auftragsschweißen erzeugten Schutzschicht.The invention relates to a method for improving the wear resistance of a forming tool, in particular hot forming tool, in which the forming tool is provided by build-up welding with a protective layer made of a powdery coating material. Furthermore, the invention relates to a hot forming tool with a wear resistance increasing its, generated by build-up welding protective layer.
Es ist bekannt, metallische Bauteile sowie Werkzeuge, die einer hohen abrasiven Beanspruchung ausgesetzt sind, mit einer verschleißfesten Schutzschicht zu beschichten. Ein bekanntes Verfahren ist diesbezüglich das Laserauftragsschweißen unter Verwendung eines eisenhaltigen Beschichtungswerkstoffes. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der
Warmumformwerkzeuge zur Herstellung pressgehärteter Bauteile, wie zum Beispiel Stoßfänger, Karosserie-Dachrahmen oder B-Säulen aus beschichteten Blechen, sind einer hohen abrasiven Beanspruchung unterworfen. Das jeweilige Werkzeugkonzept ist entscheidend, um leistungsfähige Umformwerkzeuge für die Warmumformung einzusetzen. Das Erreichen hoher Kühlleistungen in den Umformwerkzeugen wird besonders durch die Bauweise dieser Werkzeuge, insbesondere durch die Lage und die Querschnitte der Kühlkanäle in dem jeweiligen Werkzeug beeinflusst. Ein weiterer wichtiger Einflussfaktor ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit des zur Herstellung des Umformwerkzeuges verwendeten Werkstoffes. Des Weiteren ist für eine hohe Leistungsfähigkeit eines Warmumformwerkzeuges die vollständige Formschlüssigkeit der am Umformvorgang beteiligten Werkzeugformen wichtig. Denn das Erreichen einer möglichst hohen Flächenpressung verbessert die Wärmeableitung. Der Aufrechterhaltung einer vollständigen Formschlüssigkeit der am Umformvorgang beteiligen Werkzeugformen wirkt jedoch der Verschleiß des Umformwerkzeuges entgegen.Hot forming tools for the production of press-hardened components, such as bumpers, body roof frames or B-pillars made of coated sheets, are subjected to high abrasive stress. The respective tool concept is crucial in order to use efficient forming tools for hot forming. The achievement of high cooling capacities in the forming tools is particularly influenced by the design of these tools, in particular by the position and the cross sections of the cooling channels in the respective tool. Another important influencing factor is a high thermal conductivity of the material used for the production of the forming tool. Furthermore, for a high performance of a hot forming tool, the complete positive engagement of the molds involved in the forming process is important. Because achieving the highest possible surface pressure improves heat dissipation. The maintenance of a complete positive engagement of the molds involved in the forming process, however, counteracts the wear of the forming tool.
Es besteht das Problem, eine hohe Wärmeleitfähigkeit einerseits sowie eine hohe Verschleißfestigkeit der Warmumformwerkzeuge andererseits gegen eine sehr abrasive Beanspruchung durch die Beschichtungen der warmumzuformenden Bleche zu erreichen. Eine hohe Verschleißfestigkeit lässt sich nur mit einer entsprechenden Härte und Warmfestigkeit des Werkzeugwerkstoffes realisieren. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit steht allerdings nicht im Einklang mit einer hohen Verschleißfestigkeit, da die Wärmeleitfähigkeit eines Werkzeugstahles mit steigender Härte des Werkstoffes abnimmt, bzw. die Wärmeleitfähigkeit eines Werkzeugstahles insbesondere durch dessen Härten reduziert wird.There is the problem of achieving a high thermal conductivity on the one hand and a high wear resistance of the hot forming tools on the other hand against a very abrasive stress by the coatings of hot-forming sheets. High wear resistance can only be achieved with a corresponding hardness and heat resistance of the tool material. However, a high thermal conductivity is not consistent with a high wear resistance, since the thermal conductivity of a tool steel decreases with increasing hardness of the material, or the thermal conductivity of a tool steel is reduced in particular by its hardness.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Warmumformwerkzeug mit hoher Wärmeleitfähigkeit und verbesserter Verschleißfestigkeit bereitzustellen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.The present invention has for its object to provide a hot forming tool with high thermal conductivity and improved wear resistance and to provide a method for its production.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Warmumformwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7.This object is achieved by a method having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aus mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten (Legierungen) zusammengesetzte pulverförmige Mischung auf das Umformwerkzeug aufgetragen und mittels eines Schweißstrahls, vorzugsweise Laserschweißstrahls aufgeschmolzen wird, wobei eine erste der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten folgende Zusammensetzung aufweist:
Durch den speziellen Schichtaufbau ist das erfindungsgemäße Warmumformwerkzeug hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit optimiert. Die obere harte Schicht wird durch ein Pulverauftragsschweißverfahren, vorzugsweise ein Laserpulverauftragsschweißverfahren mit dem Werkzeuggrundwerkstoff verbunden. Auf diese Weise wird eine relativ dünne, gleichmäßige Schutzschicht erzielt. Dadurch besitzt nur die relativ dünne Schutzschicht des Umformwerkzeuges aufgrund ihrer Härte eine vergleichsweise schlechte Wärmeleitfähigkeit, während die Basis des Umformwerkzeuges, d. h. der Grundwerkstoff des Umformwerkzeuges abzüglich der Schutzschicht weiterhin auf hohem Wärmeleitniveau gehalten wird, da der Grundwerkstoff nicht bzw. nicht nennenswert gehärtet und damit in seiner Wärmeleitfähigkeit nicht reduziert wird.Due to the special layer structure, the hot forming tool according to the invention is optimized in terms of thermal conductivity and wear resistance. The upper hard layer is bonded to the tool base material by a powder build-up welding process, preferably a laser powder build-up welding process. In this way, a relatively thin, uniform protective layer is achieved. As a result, only the relatively thin protective layer of the forming tool has a comparatively poor thermal conductivity due to its hardness, while the base of the forming tool, i. H. the base material of the forming tool minus the protective layer is still kept at a high level of heat conduction, since the base material is not or not appreciably hardened and thus not reduced in its thermal conductivity.
Die Härte und die Zähigkeit der Schutzschicht des erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges sind durch den aufgeschweißten Zusatzwerkstoff (Pulvergemisch) einstellbar. Das verwendete Pulvergemisch besteht aus mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten, die bestimmte ausgewählte Legierungselemente enthalten.The hardness and the toughness of the protective layer of the hot forming tool according to the invention can be adjusted by the welded-on filler material (powder mixture). The powder mixture used consists of at least two iron-containing components containing certain selected alloying elements.
Der C-Gehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches liegt im Bereich von 0,2–0,8 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,3–0,7 Gew.-%. Kohlenstoff bildet mit einem oder mehreren der anderen Legierungselemente Carbid bzw. Carbide. Carbide sind gegen Säuren beständig und in der Regel härter als die reinen Metallkomponenten. Carbide zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Warmfestigkeit in Bezug auf Abrasion aus. Ist der Kohlenstoffgehalt zu gering, wirkt sich dies negativ auf den Verbund zwischen der Schutzschicht und dem Grundwerkstoff des Umformwerkzeuges aus. Der Kohlenstoffgehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten soll daher 0,2 Gew.-% nicht unterschreiten. Andererseits nimmt die Zähigkeit der Schutzschicht mit einem zu hohen Kohlenstoffgehalt ab; daher soll der Kohlenstoffgehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten nicht über 0,8 Gew.-% liegen.The C content of the first of the at least two iron-containing components of the powder mixture is in the range of 0.2-0.8% by weight, preferably in the range of 0.3-0.7% by weight. Carbon forms carbide or carbides with one or more of the other alloying elements. Carbides are resistant to acids and usually harder than the pure metal components. Carbides are characterized in particular by a high heat resistance with respect to abrasion. If the carbon content is too low, this has a negative effect on the bond between the protective layer and the base material of the forming tool. The carbon content of the first of the at least two iron-containing components should therefore not fall below 0.2% by weight. On the other hand, the toughness of the protective layer decreases with too high a carbon content; Therefore, the carbon content of the first of the at least two iron-containing components should not exceed 0.8 wt .-%.
Der Chromgehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches beträgt 2,0–9,0 Gew.-%, vorzugsweise 3,0–6,0 Gew.-% Chrom bildet in Verbindung mit dem vorhandenen Kohlenstoff Carbid und bewirkt eine Erhöhung des Erweichungswiderstandes begleitet von hoher Härte bei hoher Prozesstemperatur. Insbesondere verbessert Chrom die Warmfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Um diese Eigenschaften sicherzustellen, soll der Chromgehalt 2,0 Gew.-% nicht unterschreiten. Wenn der Chromgehalt jedoch zu hoch ist, wirkt sich dies negativ auf die Zähigkeit, die maschinelle Bearbeitbarkeit sowie die Rissfestigkeit der Schutzschicht aus. Daher soll der Chromgehalt der ersten eisenhaltigen Komponente nicht mehr als 9,0 Gew.-% betragen.The chromium content of the first of the at least two iron-containing components of the powder mixture is 2.0-9.0% by weight, preferably 3.0-6.0% by weight. Chromium forms carbide in conjunction with the carbon present and causes an increase in the Softening resistance accompanied by high hardness at high process temperature. In particular, chromium improves the hot strength and corrosion resistance. To ensure these properties, the chromium content should not be less than 2.0% by weight. However, if the chromium content is too high, it will adversely affect the toughness, machinability and crack resistance of the protective layer. Therefore, the chromium content of the first iron-containing component should not be more than 9.0 wt .-%.
Molybdän bildet in Verbindung mit Kohlenstoff Carbid und verbessert die Hochtemperaturfestigkeit der Schutzschicht, wobei die Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und Erweichungsfestigkeit verbessert wird. Andererseits kann Molybdän beim Auftragsschweißen leicht Risse bewirken, wenn sein Gehalt im Pulvergemisch zu hoch ist. Daher liegt der Molybdängehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches im Bereich von 1,0–5,0 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 2,0–4,0 Gew.-%.Molybdenum forms carbide in combination with carbon and improves the high-temperature strength of the protective layer, thereby improving the wear resistance, toughness and softening resistance. On the other hand, molybdenum can easily cause cracks in build-up welding if its content in the powder mixture is too high. Therefore, the molybdenum content of the first of the at least two iron-containing components of the powder mixture is in the range of 1.0-5.0 wt%, preferably in the range of 2.0-4.0 wt%.
Wolfram bildet in Verbindung mit dem vorhandenen Kohlenstoff Carbid und bewirkt eine Verstärkung der festen Lösung des Grundwerkstoffs sowie eine Anhebung der Warmhärte. Hinsichtlich einer ausreichenden Hochtemperaturverschleißfestigkeit wird der Wolframgehalt der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches auf einen Wert von mindestens 0,5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 1,0 Gew.-% eingestellt. Da sich jedoch das Fließvermögen beim Auftragsschweißen verschlechtert und auch die mechanische Bearbeitbarkeit der Schutzschicht erschwert wird, wenn der Wolframgehalt zu hoch ist, wird dieser auf ein Maximum von 5,0 Gew.-%, vorzugsweise auf ein Maximum von 3,5 Gew.-% begrenzt.Tungsten forms carbide in conjunction with the existing carbon and causes strengthening of the solid solution of the base material as well as an increase in the hot hardness. With regard to a sufficient high-temperature wear resistance, the tungsten content of the first of the at least two iron-containing components of the powder mixture is adjusted to a value of at least 0.5% by weight, preferably at least 1.0% by weight. However, since the flowability of build-up welding deteriorates and also the mechanical workability of the protective layer is made more difficult when the tungsten content is too high, it is increased to a maximum of 5.0% by weight, preferably to a maximum of 3.5% by weight. % limited.
Vanadium dient der Erzeugung stabiler hochfester Carbide, der Steuerung der Härte durch Ausscheidungshärtung beim Erwärmen auf hohe Temperatur sowie der Sicherstellung einer hohen Verschleißfestigkeit. Vanadium erhöht zudem die Zähigkeit der Schutzschicht. Um diese Wirkungen zu nutzen, beträgt der Vanadiumgehalt mindestens 0,2 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,5 Gew.-% in der ersten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches. Andererseits wird die mechanische Bearbeitbarkeit der Schutzschicht erschwert und deren Zähigkeit vermindert, wenn der Vanadiumgehalt zu hoch ist. Daher soll der Vanadiumgehalt der ersten eisenhaltigen Komponente nicht mehr als 2,0 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 1,5 Gew.-% betragen.Vanadium serves to produce stable high-strength carbides, to control hardness by precipitation hardening when heated to high temperature, and to ensure high wear resistance. Vanadium also increases the toughness of the protective layer. In order to utilize these effects, the vanadium content is at least 0.2% by weight, preferably at least 0.5% by weight in the first of the at least two iron-containing components of the powder mixture. On the other hand, the mechanical workability of the protective layer is made more difficult and its toughness is lowered when the vanadium content is too high. Therefore, the vanadium content of the first iron-containing component should not be more than 2.0% by weight, preferably not more than 1.5% by weight.
Der Kohlenstoffgehalt der zweiten der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches liegt im Bereich von 0,005–0,2 Gew.-%. Es wurde gefunden, dass die Schutzschicht eine hohe Warmfestigkeit in Bezug auf Abrasion aufweist, wenn der Kohlenstoffgehalt der zweiten eisenhaltigen Komponente niedriger eingestellt wird als bei der ersten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches. Zugleich konnte hierdurch die Zähigkeit der Schutzschicht verbessert werden. Vorzugsweise liegt der Kohlenstoffgehalt der zweiten Komponente des Pulvergemisches im Bereich von 0,01–0,05 Gew.-%.The carbon content of the second of the at least two iron-containing components of the powder mixture is in the range of 0.005-0.2 wt .-%. It has been found that the protective layer has a high heat resistance to abrasion when the carbon content of the second iron-containing component is set lower than that of the first iron-containing component of the powder mixture. At the same time, the toughness of the Protective layer can be improved. Preferably, the carbon content of the second component of the powder mixture is in the range of 0.01-0.05 wt%.
Silizium erhöht die Oxidationsbeständigkeit der Schutzschicht bei hohen Temperaturen und verbessert das Fließvermögen sowie die Anhaftung beim Auftragsschweißen. Es wirkt insbesondere als Desoxydator beim Aufschmelzen des Pulvergemisches. Um diese Wirkungen zu erzielen, wird der Siliziumgehalt der zweiten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches auf mindestens 0,5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 1,0 Gew.-% eingestellt. Andererseits kann Silizium die Zähigkeit sowie die Warmrissfestigkeit der Schutzschicht herabsetzen, wenn sein Gehalt in der mindestens einen zweiten eisenhaltigen Komponente bzw. im Pulvergemisch zu hoch ist. Daher wird der Siliziumgehalt der zweiten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches auf maximal 3,5 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 3,0 Gew.-% begrenzt.Silicon increases the oxidation resistance of the protective layer at high temperatures and improves the flowability and adhesion in build-up welding. It acts in particular as a deoxidizer during the melting of the powder mixture. In order to achieve these effects, the silicon content of the second iron-containing component of the powder mixture is adjusted to at least 0.5% by weight, preferably at least 1.0% by weight. On the other hand, silicon may reduce the toughness as well as the hot crack resistance of the protective layer if its content in the at least one second iron-containing component or in the powder mixture is too high. Therefore, the silicon content of the second iron-containing component of the powder mixture is limited to a maximum of 3.5 wt .-%, preferably to a maximum of 3.0 wt .-%.
Wie oben erwähnt, bildet Chrom in Verbindung mit vorhandenem Kohlenstoff Carbid und bewirkt eine Erhöhung des Erweichungswiderstandes begleitet von hoher Härte bei hoher Temperatur bzw. Erwärmen auf hohe Temperaturen. Zudem verbessert Chrom die Warmfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Um diese Wirkungen zu erreichen, wird der Chromgehalt in der zweiten eisenhaltigen Komponenten des Pulvergemisches auf mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 12 Gew.-% eingestellt. Ist der Chromgehalt jedoch in der zweiten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches zu hoch, wirkt sich dies negativ auf die Zähigkeit, die maschinelle Bearbeitbarkeit sowie die Rissfestigkeit der Schutzschicht aus. Daher soll der Chromgehalt der zweiten eisenhaltigen Komponente nicht mehr als 20,0 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 18,0 Gew.-% betragen.As mentioned above, chromium in combination with existing carbon forms carbide and causes an increase of the softening resistance accompanied by high hardness at high temperature. In addition, chromium improves the heat resistance and corrosion resistance. In order to achieve these effects, the chromium content in the second iron-containing components of the powder mixture is adjusted to at least 10% by weight, preferably at least 12% by weight. However, if the chromium content in the second iron-containing component of the powder mixture is too high, this has a negative effect on the toughness, the machinability and the crack resistance of the protective layer. Therefore, the chromium content of the second iron-containing component should not be more than 20.0% by weight, preferably not more than 18.0% by weight.
Wie oben bereits angemerkt, bildet Molybdän in Verbindung mit dem vorhandenen Kohlenstoff Carbid und verbessert die Hochtemperaturverschleißfestigkeit der Schutzschicht. Es wurde gefunden, dass es sich positiv auf die Härte, Zähigkeit und Stoßfestigkeit der Schutzschicht des Warmumformwerkzeuges auswirkt, wenn der Molybdängehalt der mindestens einen zweiten eisenhaltigen Komponente etwas niedriger eingestellt wird als bei der ersten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches. Um eine vorteilhafte Härte, Zähigkeit und Stoßfestigkeit zu erlangen, wird der Molybdängehalt der mindestens einen zweiten eisenhaltigen Komponente auf einen Wert im Bereich von 0,5–3,5 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 1,0–3,0 Gew.-% eingestellt.As noted above, molybdenum forms carbide in conjunction with the existing carbon and improves the high temperature wear resistance of the protective layer. It has been found that it has a positive effect on the hardness, toughness and impact resistance of the protective layer of the hot forming tool when the molybdenum content of the at least one second iron-containing component is set slightly lower than that of the first iron-containing component of the powder mixture. In order to obtain advantageous hardness, toughness and impact resistance, the molybdenum content of the at least one second iron-containing component is adjusted to a value in the range of 0.5-3.5 wt .-%, preferably in the range of 1.0-3.0 wt .-% adjusted.
Nickel ist kein Carbid bildendes Element. Dennoch verbessert es die Zähigkeit sowie die Rissfestigkeit der Schutzschicht. Zur Optimierung der Zähigkeit und der Rissfestigkeit der Schutzschicht wird der Nickelgehalt in der mindestens einen zweiten eisenhaltigen Komponente des Pulvergemisches auf einen Wert im Bereich von 5,0–15,0 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 8,0–14,0 Gew.-% eingestellt.Nickel is not a carbide-forming element. Nevertheless, it improves the toughness and crack resistance of the protective layer. In order to optimize the toughness and crack resistance of the protective layer, the nickel content in the at least one second iron-containing component of the powder mixture is in the range of 5.0-15.0 wt.%, Preferably in the range of 8.0-14.0 % By weight.
Die Härte der Schutzschicht hängt vom Mischungsverhältnis der eisenhaltigen Komponenten (Eisenbasislegierungen) ab. Um eine hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen, wird vorzugsweise eine Härte im Bereich von 56 bis 64 HRC, besonders bevorzugt im Bereich von 60 bis 64 HRC eingestellt. Die Härte bzw. Verschleißfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Schutzschicht ist optimal, wenn die erste Komponente und die zweite Komponente der mindestens zwei eisenhaltigen Komponenten in einem Mischungsverhältnis im Bereich von 30:70 und 70:30, vorzugsweise im Bereich von 40:60 und 60:40 gemischt werden.The hardness of the protective layer depends on the mixing ratio of the iron-containing components (iron-base alloys). In order to achieve a high wear resistance, preferably a hardness in the range of 56 to 64 HRC, more preferably in the range of 60 to 64 HRC is set. The hardness or wear resistance of the protective layer produced according to the invention is optimal when the first component and the second component of the at least two iron-containing components in a mixing ratio in the range of 30:70 and 70:30, preferably in the range of 40:60 and 60:40 be mixed.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus mehreren unterschiedlich harten Schichten aufgebaut wird, wobei die oberste Schicht die höchste Härte der unterschiedlich harten Schichten aufweist. Hierdurch lassen sich eine optimale Verschleißfestigkeit der Schutzschicht und eine besonders zuverlässige stoffschlüssige Verbindung derselben mit dem Umformwerkzeug erzielen.An advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the protective layer is built up from a plurality of layers of different hardness, wherein the uppermost layer has the highest hardness of the differently hard layers. This makes it possible to achieve optimum wear resistance of the protective layer and a particularly reliable cohesive connection of the same with the forming tool.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass von dem Umformwerkzeug 1 mm bis 3 mm im Bereich der herzustellenden Schutzschicht durch Fräsen vor dem Auftragsschweißen abgetragen werden. Hierdurch wird das Umformwerkzeug optimal vorbereitet und eine besonders zuverlässige stoffschlüssige Anbindung der Schutzschicht an dem Umformwerkzeug erreicht.A further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that 1 mm to 3 mm are removed from the forming tool in the region of the protective layer to be produced by milling prior to build-up welding. As a result, the forming tool is optimally prepared and achieved a particularly reliable cohesive connection of the protective layer to the forming tool.
Damit die mit dem Warmumformwerkzeug hergestellten Blechbauteile eine hohe Oberflächenqualität aufweisen, sollte die Schutzschicht geglättet werden. Dementsprechend sieht eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine spanende Nachbearbeitung der Schutzschicht vor. Das Glätten der Schutzschicht kann beispielsweise durch Fräsen und/oder Schleifen erfolgen.So that the sheet metal components produced with the hot forming tool have a high surface quality, the protective layer should be smoothed. Accordingly, a further embodiment of the method according to the invention provides for a subsequent machining of the protective layer. The smoothing of the protective layer can be done for example by milling and / or grinding.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch das Laserpulverauftragsschweißen ein geringer Wärmeeintrag in das Grundmaterial des Umformwerkzeuges erfolgt. Dadurch bleiben die eingestellten Werkstoffeigenschaften des Umformwerkzeuges weitestgehend unverändert und es entstehen nur sehr geringe Spannungen (Verzug) des Umformwerkzeuges, so dass der Nachbearbeitungsaufwand durch Fräsen und Schleifen minimiert wird.A further advantageous embodiment of the method according to the invention is that by the laser powder deposition welding a low heat input into the base material of the forming tool takes place. As a result, the set material properties of the forming tool remain largely unchanged and there are only very low stresses (delay) of Forming tool, so that the Nachbearbeitungsaufwand by milling and grinding is minimized.
Die Schutzschicht des erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges weist folgende Zusammensetzung auf:
Wie an sich bekannt, ist das Warmumformwerkzeug mit mindestens einem Kühlkanal versehen. Der Kühlkanal wird so angeordnet, dass der kürzestes Abstand zwischen der Schutzschicht und dem Kühlkanal im Bereich von 15 mm bis 35 mm, vorzugsweise im Bereich von 20 mm bis 30 mm liegt.As known per se, the hot forming tool is provided with at least one cooling channel. The cooling channel is arranged so that the shortest distance between the protective layer and the cooling channel is in the range of 15 mm to 35 mm, preferably in the range of 20 mm to 30 mm.
Das erfindungsgemäße Warmumformwerkzeug ist vorzugsweise in Segment-, Kronen- oder Schalenbauweise ausgeführt. Der unterhalb der Schutzschicht befindliche Werkzeugkörper (Grundkörper) ist dabei aus einem oder mehreren Werkstoffen (aus Guss oder geschmiedetem Stahl) mit einer Wärmeleitfähigkeit von vorzugsweise mindestens 30 W/mK, besonders bevorzugt mindestens 40 W/mK gefertigt.The hot forming tool according to the invention is preferably designed in segment, crown or shell construction. The tool body (base body) located below the protective layer is made of one or more materials (cast or forged steel) with a thermal conductivity of preferably at least 30 W / mK, particularly preferably at least 40 W / mK.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges sind in den Unteransprüchen angegeben.Further preferred and advantageous embodiments of the hot forming tool according to the invention are specified in the subclaims.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to a drawing illustrating several embodiments.
Es zeigen schematisch:They show schematically:
Das in den
Die Matrize
Die Werkzeugteile (Blöcke)
Das Warmumformwerkzeug ist in den Bereichen, in denen es einer hohen abrasiven Beanspruchung unterworfen ist, mit die Verschleißfestigkeit erhöhenden Schutzschichten
Ein Vorteil des Laserauftragsschweißens liegt unter anderem im geringen Wärmeeintrag in das Werkzeug, so dass der Verzug des Werkzeuges gering bleibt. Dies ist insbesondere hinsichtlich des Aufwandes für die Nachbearbeitung durch Fräsen und Schleifen von Vorteil, der somit gering gehalten werden kann.One advantage of laser deposition welding is, inter alia, the low heat input into the tool, so that the distortion of the tool remains low. This is particularly advantageous in terms of the cost of post-processing by milling and grinding, which can thus be kept low.
Die pulverförmige Mischung ist aus zwei eisenhaltigen Komponenten (Eisenbasislegierungen) zusammengesetzt. Die erste Komponente hat folgende Zusammensetzung:
Die zweite Komponente hat dagegen folgende Zusammensetzung:
Die Härte und damit die Verschleißfestigkeit der fertigen Schutzschicht
Das Pulvergemisch wird mittels einer geeigneten Vorrichtung auf einen oder mehrere Bereich des Warmumformwerkzeuges aufgebracht und mittels eines Lasers aufgeschmolzen. Die Auftragsmenge der Mischung wird dabei so eingestellt, dass die Dicke der fertigen Schutzschicht
Die Schutzschicht kann aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut werden. In dem in den
In
In
Das Werkzeug
Auf die dem umzuformenden Blechzuschnitt zugewandte Aktivfläche des Grundkörpers
Der kürzestes Abstand A zwischen der Schutzschicht
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei der Herstellung neuer Umformwerkzeuge als auch bei der Reparatur verschlissener Umformwerkzeuge angewandt werden. Als Reparaturtechnologie kann das erfindungsgemäße Laserpulverauftragsschweißen angewendet werden, um verschleißbedingte Abtragungen an Warmumformwerkzeugen zu beseitigen, so dass ein guter Passsitz und damit einhergehend eine hohe Abkühlgeschwindigkeit wieder hergestellt wird. In beiden Fällen (Herstellung von Neuwerkzeugen und Reparatur verschlissener Warmumformwerkzeuge) wird in dem bzw. den Bereichen der herzustellenden Schutzschicht(en)
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind zahlreiche Varianten möglich, die auch bei grundsätzlich abweichender Gestaltung von der in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen.The embodiment of the invention is not limited to the embodiments described above. Rather, numerous variants are possible, which make use even with fundamentally different design of the invention specified in the appended claims.
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