Verschleißfeste Formeinsätze aus erodierbarer Keramik

Fachartikel

Den Unternehmen Oximatec und Leonhardt Graveurbetrieb ist es jetzt in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile an der Universität Stuttgart gelungen, eine erodierbare Keramik ohne Festigkeits- und Zähigkeitsverlust herzustellen. Damit lässt sich jetzt selbst in kritischen bereichen wie dem Anguss beim Spritzgießen von glasfaserverstärkten Polymeren eine lange Lebensdauer der Formeinsätze erreichen.

Gehärtete Stahlformen zeigen beim Spritzgießen von glasfaserverstärkten Kunststoffen und im MIM- (metal injection moulding) Verfahren nach relativ niedriger Schusszahl Verschleißerscheinungen. Ähnliche Beobachtungen hat OxiMaTec beim CIM-Prozess (ceramic injection moulding) gemacht. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Forderung nach einem verschleißfesten, vorzugsweise keramischen Material für die wirtschaftliche Verarbeitung der o. g. abrasiv wirkenden Werkstoffe. Bis dato ist dem Werkzeug- und Formenbauer kein entsprechendes Material zugänglich bzw. die am Markt verfügbaren Werkstoffe sind für seine Einsatzzwecke nicht geeignet. Denn für ihn ist eines unabdingbar: Die Keramik muss sich mittels Funkenerosion, einem der grundlegenden Verfahren in der Werkzeug- und Formenherstellung, bearbeiten lassen.

Deshalb wurden in den vergangenen Jahren durch Dotierung mit Hartstoffen elektrisch leitfähige und damit erodierbare Keramiken entwickelt. Allerdings war bisher eine sehr hohe Konzentration an leitfähiger Komponente erforderlich, was die Sprödigkeit deutlich erhöhte und sich insbesondere auf die Zähigkeitseigenschaften negativ auswirkte.

Thermische Dehnung als Herausforderung

Wolfgang Leonhardt, Inhaber des Graveurbetriebs Leonhardt nennt eine der Schwierigkeiten, mit denen sich die Entwickler auseinandersetzen mussten. „Die thermische Dehnung und die Wärmeleitfähigkeit des Materials müssen auf den Stahlwerkstoff abgestimmt werden, damit das vorteilhafte Verschleiß- und Korrosionsverhalten der Keramik ausgenutzt werden kann.“ Dann lässt sich eine lange Lebensdauer der Formeinsätze erreichen, selbst in kritischen Bereichen wie dem Anguss beim Spritzgießen von glasfaserverstärkten Polymeren oder filigranen, scharfkantigen Kavitäten beim Verarbeiten von Metallen (MIM) oder Keramik (CIM).

Hartstoff als Elektrischer Leiter

Die neue Werkstoffformulierung, die auf Aluminiumoxid basiert, beschreibt Wolfgang Burger, geschäftsführender Gesellschafter der OxiMaTec: „Der elektrische Leiter in der von uns entwickelten Keramik ist ein Hartstoff. Sein Anteil beträgt gerade einmal 20 bis 24 % des Gesamtvolumens. Dadurch ist es uns gelungen, dem Material eine hohe Härte bei guter mechanischer Festigkeit und Bruchzähigkeit zu verleihen.“ Das Unternehmen ist inzwischen sogar in der Lage, Härte und Elastizität anwendungsorientiert, z. B. durch den Einbau von gefügeverstärkenden Plättchen, zu variieren.

Der Materialentwicklung folgten zahlreiche Tests zur Bearbeitung mit den üblichen Werkzeug- und Formenbauverfahren. Zunächst wurde ein Zahnrad drahterodiert. Wolfgang Leonhardt erläutert die Absicht: „Wir haben das Zahnrad in ein Getriebe eingesetzt, um seine Verschleißbeständigkeit in der Trockenreibung zu testen.“ Das Ergebnis übertraf die Erwartungen des erfahrenen Werkzeugbauers, der daraufhin weiter mit dem Material experimentierte und herausfand, dass künftig auch Schneidstempel für das Stanzen in Betracht kommen.

Zweite Erprobungsphase

In einer zweiten Erprobungsphase wurde die erodierbare Keramik auf einer Drahterodiermaschine CUT 1000 mit Ölbad von GF Agie Charmilles verarbeitet. Weitere Versuche zur Bearbeitung der erodierbaren Keramik werden folgen, um sicherzustellen, dass das Material unabhängig von der vorhandenen Maschinentechnik eingesetzt werden kann. Wolfgang Burger definiert das Ziel so: „Jeder Werkzeug- und Formenbauer soll aus unserer leitfähigen Hochleistungskeramik prozesssicher Einsätze fertigen und sie in die Stahlformen für das Metall- oder Keramikspritzgießen einsetzen können.“

weiterer Beitrag des Herstellers         Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Tweet