Schichtweise Herstellung von Hartmetallwerkzeugen unter Anwendung des maschinellen Oberflächenhämmerns

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist es, durch Anwendung der Technologie des maschinellen Oberflächenhämmerns (Machine Hammer Peening – MHP) schichtweise ein dreidimensionales Bauteil aus Wolframcarbid-Cobalt Hartmetallpulver herzustellen. Wie bei anderen additiven Formgebungsverfahren wird dazu, im Gegensatz zu klassischen Verfahren wie dem Matrizenpressen, keine eigene Pressform benötigt. Dadurch können auch Einzelteile ohne zusätzliche spanabhebende Bearbeitung endkonturnahe gefertigt werden. Um das formulierte Ziel zu erreichen, werden zunächst einfache Versuche unter statischer Belastung durchgeführt. Dabei wird untersucht, ob sich das lose Pulver auch ohne unmittelbare seitliche Abstützung durch eine Form zu einem einigermaßen stabilen Pressling verdichten lässt, indem über einen Stößel lokal eine konstante Druckkraft auf das Pulver ausgeübt wird. Anschließend wird in weiteren Versuchen das eigentliche maschinelle Oberflächenhämmern eingesetzt und das Pulver somit unter dynamischer Belastung verdichtet. Dabei werden die Parameter der MHP-Bearbeitung schrittweise variiert und optimiert, um einen möglichst gleichmäßigen Aufbau mehrerer Pulverschichten übereinander zu erzielen. Darüber hinaus werden die Erkenntnisse aus den Versuchen genutzt, um den Versuchsaufbau und den Ablauf der einzelnen Prozessschritte zu verbessern, bevor einige weitere Versuche durchgeführt werden. Als Ergebnis der Versuche entsteht zwar noch kein wirkliches Bauteil, da das verdichtete Pulver zusätzlich einer Wärmebehandlung, dem Sintern, unterzogen werden müsste, es kann aber gezeigt werden, dass es unter geeigneten Bedingungen möglich ist, mittels MHP-Bearbeitung eine Vielzahl an Schichten gepressten Hartmetallpulvers übereinander herzustellen. Außerdem kann anhand der Versuchsergebnisse abgeschätzt werden, welche Parameter den größten Einfluss auf das Ergebnis der MHP-Bearbeitung haben, woraus sich durchaus wichtige Erkenntnisse für zukünftige Versuche ergeben.

The aim of this master’s thesis is to use the machine hammer peening technology in order to, layer-by-layer, produce a three-dimensional component from a hard metal powder, specifically a tungsten carbide-cobalt powder. In contrast to conventional methods such as die pressing, additive manufacturing processes like the MHP-process do not require a special mould or die. Therefore, these shaping processes are especially advantageous for the production of single components without requiring additional machining even for the manufacturing of near net shape parts. First, simple tests are carried out under static load in order to investigate, whether the hard metal powder can be compacted into a relatively stable pellet by locally applying a constant compressive force to the powder via a ram, without providing additional lateral support to the loose powder by a mould. Subsequently, further experiments are carried out under dynamic load by using the machine hammer peening technology. During these tests, the MHP-process parameters are being varied in order to achieve an even application and densification of several layers of powder on top of each other. Then, the results of these experiments are used to improve the test setup as well as the sequence of the MHP-process, followed by further tests. Even though these experiments do not lead to the production of a finished component, as this would have also required for the powder compact to be subjected to a heat treatment or rather sintering step, they do prove, that it is indeed possible to use machine hammer peening in order to produce several stacked layers of compacted powder. In addition, the results of these tests can also be used in order to evaluate which parameters have the largest impact on the produced layers and should therefore be further investigated in future experiments.