Ausstellernews Fakuma 2017

Schmelzmetall AG
F├╝hrender Hersteller von kupferbasierten Hochleistungswerkstoffen

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Fachartikel
Generative Fertigungsverfahren und Hovadur® K Hochleistungs – Kupferwerkstoffe f├╝r den Kunststoff-Formenbau
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Know-how und Entwicklung sind Basis, Herausforderung und Zukunftsperspektive zugleich

Seit der Gr├╝ndung der SCHMELZMETALL AG im Jahre 1959 hat sich unser Unternehmen zum kompetenten Partner f├╝r spezielle Arten von aush├Ąrtbaren Kupferlegierungen entwickelt.

Schmelzmetall AG - Ariane-Brennkammer
Brennkammer einer Ariane 5. SCHMELZMETALL ist massgeblich an der Entwicklung der Legierung f├╝r die Brennkammern beteiligt, welche seit 1996 bei der Ariane 5 zum Einsatz kommen.

Heute ist die SCHMELZMETALL AG der f├╝hrender Hersteller von Hochleistungswerkstoffen und durch eigene Niederlassungen sowie Partnerfirmen weltweit vertreten. Unsere HOVADUR® Werkstoffe stehen f├╝r h├Âchste Qualit├Ąt bei optimalem Preis-Leistungs-Verh├Ąltnis.

Aufbauend  auf  unserem  Fachwissen  aus  mehr als f├╝nf Jahrzehnten beherrschen wir die Herstellung von Kupfer-Speziallegierungen im Vakuum. Dieses anspruchsvolle Produktionsverfahren garantiert eine hohe Gleichm├Ąssigkeit unserer Legierungen.

Zusammen mit der Beherrschung der Weiterverarbeitung zu Halbzeugen und Fertigteilen sowie dem Wissen ├╝ber Einsatz und Anwendung der Legierungen ergeben sich f├╝r unsere Kunden einzigartige Vorteile:
Hochleistungswerkstoffe mit pr├Ązise abgestimmten Eigenschaften, die den unterschiedlichsten individuellen Anforderungen gerecht werden.


HOVADUR® Hochleistungswerkstoffe: Vom Rohmetall zum hochwertigen Fertigprodukt
Die durch SCHMELZMETALL produzierten HOVADUR® Speziallegierungen werden in induktiv beheizten Vakuum-Schmelz- und Giessanlagen erschmolzen und abgegossen. Dank diesem Verfahren werden eine hohe Reinheit der Legierung sowie spezielle technologische Eigenschaften erzielt. Zugleich werden negative Einfl├╝sse auf die Umwelt ausgeschlossen.

Schmelzmetall AG - Hovadur┬« B in Getr├Ąnkekasten-Werkzeug
Hovadur® B in Getr├Ąnkekasten-Werkzeug

Ausgangsmaterial f├╝r alle Legierungen sind Reinmetalle wie Kupfer, Nickel, Kobalt und Vorlegierungen mit Chrom, Beryllium, Zirkon usw. Die Abgussgewichte liegen zwischen 500 kg und 1500 kg bei Verwendung einer oder mehrerer Kokillen.

├ťber Partnerfirmen erfolgt durch Schmieden, Walzen, Pressen und Ziehen die Umformung der Gussbl├Âcke zu Halbzeugen.


Produktionsprozesse beherrschen – mit Qualit├Ąt Kundennutzen schaffen
Nach der Umformung werden die Halbzeuge einer W├Ąrmebehandlung unterzogen. Damit ergeben sich die geforderten Eigenschaften wie H├Ąrte sowie hohe thermische und elektrische Leitf├Ąhigkeit.

Schmelzmetall AG - Systemkern f├╝r Schraubkappen-Werkzeug
Systemkern f├╝r Schraubkappen-Werkzeug

Nach der W├Ąrmebehandlung werden die Halbzeuge auf ihre Eigenschaften wie H├Ąrte und Leitf├Ąhigkeit gepr├╝ft. Zus├Ątzlich erfolgt eine zerst├Ârungsfreie Materialpr├╝fung mittels Ultraschall und/oder Wirbelstrom.


HOVADUR® Hochleistungswerkstoffe von SCHMELZMETALL kommen weltweit zum Einsatz
Unsere Produkte eignen sich f├╝r vielf├Ąltige industrielle Anwendungen und sind in vielen Bereichen des modernen Lebens unverzichtbar.

Schmelzmetall AG - Form zur CD-Beschichtung
Maske aus Hovadur®  K150 f├╝r CD-Bedampfung

Schweisstechnik
Ausgezeichnete elektrische Leitf├Ąhigkeit kombiniert mit werkstoffspezifischer maximaler H├Ąrte schaffen die Voraussetzungen f├╝r optimale Schweisseigenschaften und garantieren eine hohe Verschleissbest├Ąndigkeit der Elektroden. Aus diesen Gr├╝nden finden unsere Werkstoffe ein breites Anwendungsspektrum in der Widerstandsschweisstechnik, so beispielsweise im Rollnahtschweissen, im Punktschweissen sowie im Kreuzdrahtschweissen.

Giessereitechnik: Leichtmetall-Druckguss und Kokillenguss
Die herausragende W├Ąrmeleitf├Ąhigkeit der HOVADUR® Speziallegierungen macht sie zum unerl├Ąsslichen Konstruktionswerkstoff der Giessereitechnik. Im Kokillenguss sowie bei Kolben f├╝r den Leichtmetall-Druckguss sind vor allem die Unempfindlichkeit gegen Brandrisse und die gegen├╝ber herk├Âmmlichen Werkstoffen bessere K├╝hlung von Vorteil.

Kunststoffformenbau
Durch die im Vergleich zu herk├Âmmlichen Werkstoffen um bis zu zehnfach h├Âhere W├Ąrmeleitf├Ąhigkeit ergeben sich verbesserte M├Âglichkeiten der Formtemperierung. Dies macht sich f├╝r den Kunden in k├╝rzeren Zykluszeiten, in gesteigerter Werkst├╝ckqualit├Ąt und in h├Âheren Formstandzeiten bemerkbar.

Schmelzmetall AG - 6-fach Schraubkappenwerkzeug
6-fach Schraubkappenwerkzeug, Formeinsatz aus Hovadur® K350, Innenkern aus Hovadur® K265


Kupferwerkstoffe: Besondere Legierungen f├╝r anspruchsvolle Anwendungen
Elektrotechnik
Die hervorragenden physikalischen Eigenschaften unserer Speziallegierungen machen diese in der Elektroindustrie unentbehrlich, wenn es um Sicherheit und Zuverl├Ąssigkeit geht. Produkte mit hoher elektrischer Leitf├Ąhigkeit und zugleich ausgezeichneter Verschleissbest├Ąndigkeit reduzieren den Wartungs- bzw. Reparaturaufwand von Anlagen auf ein Minimum.

Schmelzmetall AG - Kontaktfeder f├╝r Hochstromschalter
Kontaktfeder f├╝r Schaltelemente, Anwendung f├╝r Hochstromschalter

Weitere Anwendungen: Ihre Anforderungen, unsere Erfahrung
Das einzigartige Eigenschaftsprofil von Kupferlegierungen er├Âffnet ein breites Anwendungsspektrum. In vielen F├Ąllen erweisen sich Kupferlegierungen als ideale Werkstoffe, um technologische Herausforderungen zu bew├Ąltigen. Dank unserer langj├Ąhrigen Erfahrung k├Ânnen wir Kunden aufzeigen, wie sie durch Einsatz des richtigen Werkstoffes zu optimalen Probleml├Âsungen kommen.


Herstellung von Fertigteilen – alles aus einer Hand Beratung in Werkstoff- Fragen und Engineering
Fertigteile

Die Herstellung von Fertigteilen nach kundenspezifischen Anforderungen ist eine besondere St├Ąrke von SCHMELZMETALL. Aufgrund unserer langj├Ąhrigen Erfahrung in der Herstellung zahlreicher Komponenten k├Ânnen wir unseren Kunden interessante Angebote unterbreiten.

Schmelzmetall AG - Hovatop® Maschinendüse
Hovatop® Maschinend├╝se

Die Vorteile der Zusammenarbeit mit SCHMELZMETALL sind:
– klare Kostenkalkulation
– kein eigenes Produktionsrisiko

Engineering
Wir beraten unsere Kunden in der Evaluation und im Einsatz des optimalen Werkstoffes. Dank unserem umfassenden anwendungstechnischen Know-how k├Ânnen wir die Anforderungen von Kunden analysieren und sie von der Produktentwicklung bis hin zur Serienreife begleiten.


Fachartikel: Additiv gefertigte Komponenten f├╝r den Formenbau aus Hovadur® Kupferlegierungen
Die Forderung des globalisieren Marktes insbesondere f├╝r alle in Hochlohnl├Ąndern produzierenden Unternehmen und Formenbauer ist so einfach wie gnadenlos. Eine exzellente Qualit├Ąt des Spritzteils wird als selbstverst├Ąndlich vorausgesetzt. Und das bei einem st├Ąndig wachsenden Kostendruck.  Damit sind die Anforderungen, die an das Spritzgie├čwerkzeug gestellt werden klar: beste Spritzteilqualit├Ąt bei gleichzeitig k├╝rzester Zykluszeit. Zudem sollen alle Komponenten kavit├Ątsseitig- wie auch auf der ÔÇ×hei├čen Seite“  ├╝ber die gesamte Lebensdauer des Spritzgie├čwerkzeuges m├Âglichst unbeanstandet funktionieren.

Um die thermischen Anforderungen zu erf├╝llen ist eine hohe W├Ąrmeleitf├Ąhigkeit des gew├Ąhlten Werkstoffes eine wichtige Voraussetzung. Diese Voraussetzung erf├╝llen die hochwertigen Hovadur® - Kupferlegierungen der Schmelzmetall AG.

Das Unternehmen wurde im Jahre 1959 im kleinsten Kanton der Schweiz, im Kanton Uri in Gurtnellen, gegr├╝ndet. Von Beginn an lag der Fokus auf der Entwicklung von Kupfer-Legierungen mit den f├╝r diese Legierungen bestm├Âglichen Eigenschaften. Die von der Schmelzmetall AG hergestellten Hovadur® - Legierungen werden in einer Einheit im Vakuum erschmolzen und vergossen. Hierdurch verhindern wir die Kontamination mit Sauerstoff- und Wasserstoff, die als die Hauptursache f├╝r die Spr├Âdigkeit derartiger Legierungen anzusehen ist. Als Ausgangswerkstoffe werden nur reinste Elemente, wie Nickel, Chrom oder Kobalt und Master-Legierungen eingesetzt. Am deutschen Standort, der Schmelzmetall Deutschland GmbH, wurde zudem ein CNC-Bearbeitungszentrum aufgebaut um flexibel und schnell Kundenw├╝nschen- und Anforderungen gerecht zu werden.

Um zu verstehen, warum die W├Ąrmeleitf├Ąhig eine entscheidende Rolle spielt bedienen wir uns der folgenden Gleichung
Q = ÔłćT * ╬╗ * A/s

Q ist dabei die transportierte W├Ąrmemenge. Wirklich beeinflussbar sind dabei nur die W├Ąrmeleitf├Ąhigkeit (╬╗ ) des an der W├Ąrmeleitung beteiligten Werkstoffes sowie der Weg s zum K├╝hlkanal. Beide M├Âglichkeiten bieten wir heute in Verbindung mit unseren Legierungen.

Als ein innovatives Unternehmen ist es f├╝r uns selbstverst├Ąndlich, das wir bestrebt sind die M├Âglichkeiten der Kupfer-Legierungen stets weiter zu entwickeln. So sind und waren wir in diversen gef├Ârderten Entwicklungsprojekten aktiv. Im Rahmen dieser Projekte wurden ├╝ber einen mehrj├Ąhrigen Zeitraum sowohl das Laserstrahl-Auftragsschwei├čen (LMD- Laser Metal Deposition) wie auch das Laser-Generieren (SLM – Selective Laser Melting) entwickelt. 

Im Rahmen des in Deutschland bekannten ÔÇ×Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)“ des BMWi wurden unter dem Arbeitstitel: Innovative Maschinenkomponenten aus Kupferwerkstoffen mit lokalem Verschlei├čschutz durch Laserstrahl-Auftragschwei├čen f├╝r das Spritzgie├čen von Kunststoffen mehrere Komponenten beleuchtet, wie etwa:

-  Maschinend├╝se
-  Anguss-D├╝se
-  Anguss-Spitze


Maschined├╝se
Die Maschinend├╝se, als das Bindeglied zwischen Extruder und Spritzgie├čwerkzeug, hat ganz besondere Anforderungen zu erf├╝llen. So muss der Kunststoff ├╝ber die Maschinend├╝se m├Âglichst ohne Temperaturverlust, in das Spritzgie├čwerkzeug transportiert werden. Bei verl├Ąngerten Maschinend├╝sen aus Stahl ist daher eine externe Beheizung unumg├Ąnglich. M├╝ssen diese tief ins Werkzeug eintauchen ist zudem kein Platz f├╝r eine externe Beheizung gegeben. Maschinend├╝sen, die nur aus einer Kupferlegierung gefertigt werden zeigen sehr schnell einen nicht akzeptablen Verschlei├č-Rissbildung an der D├╝senspitze. Mit jedem Schuss werden diese an das Spritzgie├čwerkzeug angeschlagen. Aufgrund des Unterschieds im thermischen Ausdehnungskoeffizienten ergeben sich Probleme am Gewinde, mit dem die D├╝se in den Extruder eingeschraubt ist.

Die hier beschriebenen Maschinend├╝sen werden daher so ausgef├╝hrt, das der D├╝senk├Ârper aus einer Kupferlegierung besteht, die D├╝senspitze und das Gewinde verschlei├čgesch├╝tzt ausgef├╝hrt werden. So dass der Gewindebereich in Stahl und die D├╝senspitze meist aus einer sehr verschlei├č- und korrosionsbest├Ąndigen Kobaltbasislegierung ausgef├╝hrt ist. So l├Ąuft bei der in den Extruder eingeschraubten Maschinend├╝se das Gewinde Stahl in Stahl! Der Materialauftrag erfolgt dabei mittels Laserstrahlauftragsschwei├čen.

Schmelzmetall - Maschinend├╝se
LMD optimierte Maschinend├╝se


Anguss-D├╝se
Die Anguss-D├╝se als eine Komponente im Hei├čkanalsystem bei der  der Hauptverschlei├č- bereich, der vordere kavit├Ątsnahe Bereich ist, muss in diesem besonders verschlei├čgesch├╝tzt ausgef├╝hrt sein. Mittels Laserstrahlauftragsschwei├čen sollte ein frei von Rissen oder Lunker geeigneter Verschlei├čschutz realisiert werden, der die einwandfreie Funktion im Praxiseinsatz sicherstellt. Werden diese Bauteile doch mit Einspritzdr├╝cken von 2.000 bar und h├Âher belastet.  Im Weiteren muss ein zu hoher W├Ąrmeeintrag in die Kavit├Ąt meist vermieden werden.

Schmelzmetall - Anguss-D├╝se
Anguss-D├╝se Hovadur® K265 plus Stellite 21

Der vordere Bereich der im Bild dargestellten Anguss-D├╝se wurde mittels Stellite 21 ausgef├╝hrt. Wird dieser Bereich zu Gro├čz├╝gig gew├Ąhlt kann es dazu f├╝hren, das dem Kunststoff zu viel an W├Ąrme entzogen wird und es zu  Vorerstarrung oder Kristallisation kommt.

Daher wurde im Rahmen des Projektes in einem weiteren Entwicklungsschritt mit den Experten am Fraunhofer Institut f├╝r Lasertechnik FhG-ILT in Aachen eine alternative L├Âsung erarbeitet. So gelang es in einer Matrix aus eine Hovadur® - Legierung einen hohen Anteil an TiC einzubringen. Das Titancarbid ├╝bernimmt so die Aufgabe des Verschlei├čschutzes. 


Anguss-Spitze
Die folgende Grafik zeigt die Positionierung der Anguss-Spitze als Komponente im Hei├čkanalsystem am Beispiel eines Spritzgie├čwerkzeuges f├╝r Verschl├╝sse.  Die Spitze dieses Bauteils dichtet in dem Anguss-Einsatz und ist w├Ąhrend des Einspritzvorganges aufgrund der hohen Einspritzdr├╝cke besonders hoch belastet.

Schmelzmetall - Anguss-Spitze
Das Bild zeigt eine entsprechend optimierte Anguss-Spitze, bei der der vordere Bereich mittels Mikroauftragsschwei├čen mit Stellite 6 hoch verschlei├čfest ausgef├╝hrt wurde


Konturnahe Temperierung
Das direkte Laserformen, auch als Lasercusing oder Slective Laser Melting bekannt, ist ein Pulverbett basiertes generatives Fertigungsverfahren. Bei diesem werden Bauteile in Schichten von ca. 50 ┬Ám erstellt.

In einem vom Bundesministerium f├╝r Wirtschaft und Technologie gef├Ârderten Vorhaben 16IN0587; ÔÇ×InnoSurface“, unter dem Arbeitstitel: ÔÇ×Entwicklung von innovativen Werkzeugen auf der Basis oberfl├Ąchenfunktionalisierter generativer gefertigter Formeneins├Ątze“ wurde der SLM Prozess auch f├╝r eine Hovadur® - Legierung entwickelt.

Dies versetzt uns in die Lage, die hohe W├Ąrmeleitf├Ąhigkeit mit konturnaher K├╝hlung zu koppeln und so die k├╝rzest m├Âgliche Zykluszeit zu realisieren. Die Arbeiten im Projekt wurden an einem am S├╝ddeutschen Kunststoffzentrum vorhandenen Vierfach-Werkzeug, ein Teelichtbecher-Werkzeug, in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut f├╝r Lasertechnik in Aachen ausgef├╝hrt.

In Abh├Ąngigkeit der Laserleistung ist es gelungen Dichten von ├╝ber 99,5% gesichert  zu realisieren.

Schmelzmetall - Lichtmikroskopische Aufnahme
Lichtmikroskopische Aufnahme, polierter Querschliff, Hovadur® K220; Laserleitung: 800 W

Mit der entsprechend angepassten W├Ąrmebehandlung lassen gesichert Eigenschaften in generativ gefertigten Bauteilen erzielen, die denen der oberen Datenblatt-Werte f├╝r Hovadur® K220 entsprechen.

Vergleichende Untersuchungen zur Zykluszeit an dem oben erw├Ąhnten Teelichtbecher-Werkzeug haben gezeigt, das eine weitere Reduzierung der Zykluszeit um bis zu 10% m├Âglich ist. Quelle: Abschlussbericht InnoSurface – Projekt 16IN2587.


Anguss-Einsatz und Formkern
Nun w├Ąre es vermessen zu behaupten, das in jedem Falle und f├╝r alle Bauteile die generativen  Verfahren vollumf├Ąnglich auch wirtschaftlich sind. Von daher war es unser Bestreben und auch die Forderung des Marktes, Bauteile auf hybride Weise herstellen zu k├Ânnen. Hierbei sollte der konventionell einfach zu fertigen Teil des Bauteils auch auf konventionelle und somit wirtschaftlich g├╝nstig Weise erstellt werden und nur der Bereich, der sehr komplex und oder mit konturnaher K├╝hlung ausgef├╝hrt sein muss, auf generativem Wege zu fertigen. Wesentlich dabei ist es darauf zu achten, das die erste generative Lage Riss- und Lunkerfrei  mit dem konventionell gefertigten Part angebunden ist.

Auf diese Weise wurden Bauteile wie ein Formkern und der Anguss-Einsatz (siehe Grafik) erstellt. Diese hybride Bauweise ist jedoch nicht nur f├╝r artgleiche Werkstoffe m├Âglich sondern, wie am Beispiel Anguss-Einsatz zusehen, auch f├╝r die Kombination mit Stahl m├Âglich. Bei der Auswahl des Stahls ist darauf zu achten, dass die W├Ąrmebehandlungsparameter auf die Hovadur®  - Legierung abgestimmt sein m├╝ssen.  In Bild 5 sind diese Bauteile zu sehen.

Schmelzmetall - Formkern und Anguss-Einsatz
Formkern und Anguss-Einsatz in Hybridbauweise


Zusammenfassung
Stets war es unser Bestreben die Einsatzm├Âglichkeiten der von uns hergestellten Hovadur® - Legierungen immer weiter auszudehnen. Welche M├Âglichkeiten durch die neuen generativen Verfahren, sei es Pulver-D├╝se oder Pulver-Bett basierend, heute angeboten werden k├Ânnen, wurde anhand verschiedenen Bauteile aufgezeigt. Das Team der Schmelzmetall AG steht Ihnen hierzu jederzeit gerne beratend zu Seite und begleitet die Umsetzung bis zur Serienreife.


Fachartikel: Generative Fertigungsverfahren und Hovadur® K Hochleistungs – Kupferwerkstoffe
f├╝r den Kunststoff – Formenbau


Hovadur® K und B – Legierungen f├╝r den Kunststoff – Formenbau
Die Forderung des globalisieren Marktes insbesondere f├╝r alle in Hochlohnl├Ąndern produzierenden Unternehmen und Formenbauer ist so einfach wie gnadenlos. Eine exzellente Qualit├Ąt des Spritzteils wird als selbstverst├Ąndlich vorausgesetzt. Und das bei einem st├Ąndig wachsenden Kostendruck.  Damit sind die Anforderungen, die an das Spritzgie├čwerkzeug gestellt werden klar: beste Spritzteilqualit├Ąt bei gleichzeitig k├╝rzester Zykluszeit.

Eine gute Spritzteilqualit├Ąt erreicht man, wenn es gelingt, die ├╝ber den Kunststoff eingebrachte W├Ąrme so schnell wie m├Âglich gleichm├Ą├čig entlang der Kavit├Ąt zu verteilen umso eine gleichm├Ą├čige Werkzeugwandtemperatur einzustellen. Die k├╝rzeste Zykluszeit erreicht man durch eine schnelle W├Ąrmeableitung, um m├Âglichst schnell von Einspritz- auf Entformungstemperatur abzuk├╝hlen. Um die thermischen Anforderungen zu erf├╝llen ist eine hohe W├Ąrmeleitf├Ąhigkeit des gew├Ąhlten Werkstoffes eine wichtige Voraussetzung.

Diese Voraussetzung erf├╝llen die hochwertigen Kupferlegierungen.

Schmelzmetall - Hovadur Bild 1

Sowohl f├╝r die Hovadur® K wie auch f├╝r die Hovadur® B Werkstoffe hat Schmelzmetall die Unbedenklich- keitszertifizierung gem├Ą├č den in der EU g├╝ltigen Richtlinien nach ┬ž64 des Lebensmittel- und Futtermittelgesetzes erwirkt und h├Ąlt entsprechende Zertifikate f├╝r seine Kunden bereit.


Hovadur® K und LMD
Wie kann das Potential, das ohne Frage in den Hovadur®-Legierungen steckt weiter genutzt und ausgebaut werden. Es ein h├Ąufig ge├Ąu├čerter Wunsch, somit Anforderung und Herausforderung zu gleich, die Hoch- w├Ąrmeleitf├Ąhigen Hovadur®-Legierungen einsetzen zu k├Ânnen, wenn es gelingt, diese den Anforderungen entsprechend verschlei├čgesch├╝tzt auszuf├╝hren. Und dies im idealen Falle lokal, genau wie es die Anwendung ben├Âtigt.

Gerade hier bietet das Laserstrahl- Auftragsschwei├čen, auch Laser Metal Deposition LMD genannt, vielf├Ąltige M├Âglichkeiten. Durch gezielte langj├Ąhrige Entwicklungst├Ątigkeit ist es Schmelzmetall gelungen, dieses Verfahren auch f├╝r die Hovadur® - Legierungen nutzbar zu machen. Bei diesem Verfahren wird mittels eines Schutzgasstromes z.B. Metallpulver zugef├╝hrt. Grundwerkstoff und Auftragswerkstoff werden durch einen Laser aufgeschmolzen und dadurch metallurgisch verbunden.

Die M├Âglichkeiten bei den Auftragswerkstoffen sind vielf├Ąltig, so kann durchaus auch eine Pulver-Mischung aus einer Kupferlegierung und Hartstoffpartikel gezielt aufgeschwei├čt werden. Die folgenden Bilder, einer Maschinend├╝se, Anguss-D├╝se oder Anguss-Spitze zeigen beispielhaft die sich ergebenden Ans├Ątze.

Schmelzmetall - Hovadur Bild 2

Schmelzmetall - Hovadur Bild 3


Hovadur® K und SLM
Nach wie vor wird die Zykluszeit eines Spritzgie├čprozesses von der Abk├╝hlung  Einspritz- auf  Entformungstemperatur bestimmt. Je schneller die W├Ąrme abgef├╝hrt werden kann, umso schneller kann das Spritzteil entformt werden. Neben der hohen W├Ąrmeleitf├Ąhigkeit der eingesetzten Formwerkstoffe im Kavit├Ątsbereich, ist eine konturnahe K├╝hlung ein weiteres wichtiges Element, dieser Anforderung gerecht zu werden.

Schmelzmetall - Hovadur Bild 4


Im Rahmen eines F&E-Projektes wurde das Lasergenerieren (Selektive Laser Melting SLM), auch als Laserformen oder Lasercusing bekannt, f├╝r eine Hovadur – Legierung (K220) entwickelt und so ein objektiver Vergleich von konventionell gefertigten Formeins├Ątzen gegen generativ gefertigte Formeins├Ątze erm├Âglicht. Damit gibt es erstmals die M├Âglichkeit die hohe W├Ąrmeleitf├Ąhigkeit mit konturnaher K├╝hlung zu kombinieren. Bei diesem Pulverbett-Verfahren werden mittels Laser aus dem Pulver Schicht f├╝r Schicht – in Schichtdicken von 30 – 50 ┬Ám - Bauteile aufgebaut.

Die Arbeiten im Projekt wurden an einem am S├╝ddeutschen Kunststoffzentrum vorhandenen Vierfach-Werkzeug, ein Teelichtbecher-Werkzeug, in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut f├╝r Lasertechnik in Aachen ausgef├╝hrt.

In Abh├Ąngigkeit der Laserleistung ist es gelungen Dichten von ├╝ber 99,5% gesichert  zu realisieren. Das SLM- Verfahren erm├Âglicht eine nahezu grenzenlose Konturfreiheit.

Schmelzmetall - Hovadur Bild 6
Abb. Zeigt einen aufgeschnittenen Formeinsatz aus Hovadur® K220 und die K├╝hlkanalf├╝hrung

Die Vergleichsuntersuchungen zur Entformungstemperatur wurden f├╝r verschiedene Zykluszeiten durchgef├╝hrt. Begonnen mit 27,2 Sekunden wurde diese auf 10,8 Sekunden gesenkt. Verarbeitet wurde ein Polypropylen PP504P der Firma Sabic.

Deutlich zeigte sich, dass bereits mit konventionellen Formeins├Ątzen aus einer Hovadur®-Legierung die Zykluszeit gegen├╝ber Eins├Ątzen aus Stahl um bis zu 30% gesenkt werden kann. Vergleicht man zudem den konventionellen Formeinsatz aus Hovadur® K220 mit dem generierten Formeinsatz aus Hovadur® K220 so erkennt man, das eine weitere Zykluszeitreduktion von bis zu 10% m├Âglich ist.

Die folgende Grafik zeigt die ermittelten Entformungstemperaturen, die mittels einer Thermokamera gemessen wur
den. Dies sowohl f├╝r die konventionellen Formeins├Ątze wie f├╝r die generativ gefertigten Formeins├Ątze.
KonventionellGenerativ
 
Schmelzmetall - Hovadur Bild 5

Mit der entsprechend angepassten W├Ąrmebehandlung lassen gesichert Eigenschaften in generativ gefertigten Bauteilen erzielen, die denen der oberen Datenblatt-Werte f├╝r Hovadur® K220 entsprechen.

Neben den thermischen Untersuchungen wurden auch Untersuchungen zum Verschlei├čverhalten generativ gefertigter Formeins├Ątze durchgef├╝hrt. F├╝r diese Untersuchungen wurde ein Polyamid (PA) mit 50% Glasfaseranteil verarbeitet. Die Formkerne wurden mittels ├ätztechnik funktionalisiert; es wurden Rauten an der Stirn- und Mantelfl├Ąche erzeugt, beschichtet und mittels ┬Á-scan einem ber├╝hrungslosen Oberfl├Ąchenmessger├Ąt vermessen. Das beste Verschlei├čverhalten wurde an Formeins├Ątzen ermittelt, die mit ÔÇ×Chemisch Nickel“ (CNBV) der Firma NovoPlan beschichtet wurden.

Gegenw├Ąrtig liegen die Aufbauraten f├╝r Hovadur® K220 bei ca. 4 cm3 / Stunde. Oder auf den reinen SLM-Prozess bezogen bei ~ 20 ÔéČ/cm3. Dies ist jedoch nur eine Momentaufnahme, die Aufbauraten werden steigen und der SLM-Prozess f├╝r unsere Hovadur®-Legierungen somit sukzessive wirtschaftlicher.

Unser Bestreben war es daher bereits jetzt eine Antwort geben zu k├Ânnen. Nicht immer muss das ganze Bauteil, der ganze Formeinsatz mittels SLM generiert aufgebaut werden. Vielfach ist es nur in dem Bereich notwendig eine aufwendige konturnahe K├╝hlung anzubieten, wo diese auch gebraucht wird. So lassen sich Formeins├Ątze auf hybride Weise herstellen, konventionelle gepaart mit generativer Fertigung erm├Âglicht eine wesentlich wirtschaftlichere Herstellung von Formeins├Ątzen. Und dies nicht nur Artgleich, sondern auch in der Kombination mit angepassten St├Ąhlen. So lassen sich neben einer Zykluszeitreduktion gegebenenfalls auch Energieeinsparungen erreichen.

Schmelzmetall - Hovadur Bild 7

Um die, an die heutigen Spritzgie├čwerkzeuge gestellten Anforderungen erf├╝llen zu k├Ânnen m├╝ssen vielf├Ąltige Aspekte bei deren Konstruktion bedacht werden. Es gilt die an die jeweiligen Werkzeugkomponenten gestellten Anspr├╝che und die auf diese einwirkenden Beanspruchungen zu erkennen und die geeigneten Ma├čnahmen abzuleiten.

In vielen F├Ąllen k├Ânnen Kupferlegierungen einen sehr gro├čen Beitrag zur Erf├╝llung der Forderung nach bester Spritzteilqualit├Ąt und k├╝rzester Zykluszeit erbringen. Mitunter ist eine Kombination verschiedener Werkstoffe der ideale Weg, dies kann durch Beschichtungen oder Verbundtechnologien erreicht werden.

Zudem bieten die generativen Fertigungsverfahren wie Laser Metal Deposition LMD, auch als Laserauf- tragsschwei├čen bekannt und das Selektive Laser Melting SLM, auch als  Lasercusing oder Laserschmelzen bekannt, enorme M├Âglichkeiten, die es gilt zu nutzen um wettbewerbsf├Ąhig zu bleiben.

Zudem ist Schmelzmetall ein Partner, der sehr innovativ auch neue Wege beschreitet, um auch in der Zukunft Antworten geben zu k├Ânnen.


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