Leistungssteigerung in der Aluminiumumformung: Kostengünstiges Schneiden und Besäumen von Aluminiumblechen mit Tetrabond™ (ta-C)

Für Unternehmen in der Blechformgebung ist die Entstehung von Graten und Spänen eine ständige Herausforderung, insbesondere bei der Umformung von Aluminiumlegierungen. Grate und Späne können die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen und sind kostspielig zu entfernen, was die Suche nach Lösungen vorantreibt, die bereits ihre Entstehung verhindern. Die Lösung von Ionbond für diese Herausforderung ist unsere Tetrabond-Beschichtung aus tetraedrisch amorphem Kohlenstoff (ta‑C) – eine dünne, extrem harte Beschichtung mit glatter Oberfläche und geringer Klebneigung.

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Hochwertige Teile benötigen kalibrierte Bearbeitungsprozesse

Das Scheren ist eines der am häufigsten verwendeten Verfahren bei der Herstellung und Umformung von Blechen. Dieses Verfahren zum Stanzen von Teilen aus Blech umfasst das Schneiden, Besäumen und Lochen und findet in verschiedenen Branchen wie der metallerzeugenden Industrie, der Automobilindustrie oder der Haushaltsgeräteindustrie breite Anwendung. Die Gesamtqualität des Stanzteils wird durch die Höhe der Grate auf der Scherfläche, die Maßhaltigkeit des Teils und die Vermeidung von Rissbildung bestimmt. Um die Qualitätsstandards und Kundenerwartungen zu erfüllen, müssen Stanzteile im letzten Fertigungsschritt häufig manuell entgratet werden. Dies ist zeitaufwändig und verursacht zusätzliche Kosten für das Stanzteil.

Abbildung 1: Tetrabond™ auf Werkzeugen für das Trennen und Besäumen von Aluminiumblechen

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Gegenwärtig genießen Aluminiumlegierungen in der Automobilindustrie eine sehr hohe Beliebtheit, da sie dazu beitragen, das Gewicht von Karosserieteilen zu reduzieren. Das bedeutet, dass die Qualität der Scheranwendungen vermehrt ins Rampenlicht rückt. Aluminiumlegierungen ersetzen zunehmend Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, weil sie aufgrund des geringeren Gewichts den Kraftstoffverbrauch senken aber gleichzeitig dieselben Festigkeitseigenschaften aufweisen, um die Sicherheit der Insassen zu garantieren. Viele Fertigungsverfahren wurden jedoch ursprünglich für Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt entwickelt und müssen nun an den Einsatz von Aluminiumlegierungen angepasst werden. Dies gilt insbesondere für das Schneiden und Besäumen, da beide Werkstoffe aufgrund ihrer unterschiedlichen mechanischen und chemischen Eigenschaften und ihrer Dichten ein unterschiedliches Umformverhalten aufweisen.

Abbildung 2: Tetrabond™ auf Werkzeugen für das Trennen und Besäumen von Aluminiumblechen

Grate und Späne – Herausforderungen, die beim Schneiden und Besäumen entstehen

Ein Schädigungsmechanismus, der häufig beim Schneiden und Besäumen auftritt, ist die Spanbildung. Diese ist eine der maßgeblichen Hindernisse, welche die Großserienproduktion von Aluminium­legierungen für Automobilkarosserieteile verhindert. Eine Spanbildung ist höchst unerwünscht, da die Späne an der Oberfläche der Stanzteile haften und sich im Verlauf der Fertigung auf den Formwerkzeugen verteilen. Die Anhäufung von Spänen sowohl auf der Oberfläche des Stanzteils als auch auf dem Formwerkzeug kann zu einer inakzeptablen Oberflächenqualität der Stanzteile führen, da die Späne auf beiden Seiten während des Pressvorgangs in die Oberfläche des Teils gedrückt werden können. Ein zweiter häufiger Schädigungsmechanismus, der unmittelbar aus dem Besäumungsschritt resultiert, ist die Entstehung von Graten. Grate können die Qualität und Maßgenauigkeit von Stanzteilen beeinträchtigen und gelten als Ursache für eine mögliche Rissbildung in nachfolgenden Umformschritten.

Ionbond Forming Molding Portrait

Von der Fehlerbeseitigung zur Schadensvermeidung

Es wurden viele technische Lösungen entwickelt, um die beschriebenen Schädigungen nach dem Trennen und Besäumen zu entfernen. Die Entfernung von Spänen aus den Formwerkzeugen und der Platine kann jedoch zeitaufwändig und teuer sein, insbesondere wenn die Reinigung der Formwerkzeuge eine Unterbrechung des automatisierten Stanzprozesseses erfordert. Daher ist es wichtig, technische Lösungen zu finden, die das Auftreten von Schädigungen während des Prozesses zum Trennen und Besäumen verhindern.

Ein Lösungsansatz zur Minimierung des Auftretens von Graten und zur Sicherstellung einer akzeptablen Oberflächenqualität ist beispielsweise eine exakte Ausrichtung der oberen und unteren Scherkanten des Formwerkzeuges während des Prozesses. Ein vielversprechenderer Ansatz zur Beseitigung der Ursachen für die Entstehung von Graten und Spänen stellt der Einsatz harter, verschleißfester Beschichtungen dar, die durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) auf das Formwerkzeug aufgebracht werden.

Comparison wear resistance GER

Ionbond Tetrabond™ reduziert die Ausschussrate drastisch

Ionbond hat die Beschichtung Tetrabond™ als Teil unseres Beschichtungsportfolios für Umform- und Gusswerkzeuge entwickelt. Es handelt sich um eine wirtschaftliche Beschichtungslösung, die eine hervorragende Produktqualität der Stanzteile gewährleistet und die Produktivität hochautomatisierter Stanzprozesse durch eine drastische Reduzierung der Ausschussrate erhöht. Tetrabond™  ist eine wasserstofffreie, tetraedrisch amorphe Kohlenstoffschicht (ta-C), die zur Klasse der amorphen diamantähnlichen Kohlenstoffschichten (DLC) zählt. Sie wurde auf den speziellen Bedarf von Umformwerkzeugen mit einem sp3 Verhältnis (sp3 /(sp3 +sp2)) zwischen 60 % und 70 % und einer Härte über 3.000 HV0,02 zugeschnitten.

Abbildung 3: Vergleich des abrasiven Verschleißwiderstands von TiN und Tetrabond™

Das macht diese Beschichtungslösung zur perfekten Wahl für den Einsatz auf Werkzeugen für die Bearbeitung von Aluminiumlegierungen:

Dünne und extrem harte Beschichtung

abrasiven Verschleißwiderstand, der mit der von nanokristallinen Diamantschichten vergleichbar ist (CVD)

(siehe Abbildung 3)

Extrem glatte Oberfläche

(siehe Abbildung 4)

Minimale Adhäsionsneigung

(Anti-Haftwirkung gegenüber Nichteisenmetallen)

Sehr niedrigen Reibungskoeffizienten

Maximale Formtoleranz und Kantenschärfe

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Im Vergleich zu herkömmlichen, wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschichten (a-C:H) weist Tetrabond eine höhere Temperaturbeständigkeit bis 500 °C auf, was die Bandbreite der Umformanwendungen und die Auswahl an Werkstückwerkstoffen erweitert. Tetrabond kann auf komplexen Werkzeuggeometrien und einer breiten Palette von Werkzeugwerkstoffen aufgebracht werden. Dazu zählen Kalt-, Warm- und Schnellarbeitsstähle sowie rost- und säurebeständige Stähle und Gusseisen. Ein intern entwickelter Entschichtungsprozess ermöglicht die Wiederaufbereitung von Produktionswerkzeugen nach dem Nachschleifen. Auf diese Weise können teure Umformwerkzeuge mehrmals genutzt und Kosten reduziert werden.

Abbildung 4: Konfokales 3D-Oberflächenaufnahme von Tetrabond™ für Form- und Gusswerkzeuge (größter Maßstab 1,75 µm)

Aufregende Neuigkeiten für Kunden in Deutschland und der EU

Tetrabond ist jetzt auch in der Niederlassung von Ionbond Germany in Sachsen erhältlich. Damit reagieren wir auf die steigende Nachfrage unserer deutschen und europäischen Kunden nach dieser innovativen diamantähnlichen Kohlenstoffbeschichtung (DLC). Ionbond Germany verfügt über eine spezialisierte Beschichtungsanlage, die ausschließlich für die Herstellung von Tetrabond-Beschichtungen eingesetzt wird und damit kurze Lieferzeiten sicherstellt. Unser Team in Deutschland freut sich darauf, unsere bestehenden und zukünftigen Kunden mit dieser hochwertigen Beschichtung zu beliefern.

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Tauchen Sie tiefer ein und entdecken Sie alle Technischen Details von unserer Tetrabond -Beschichtung in unserem zur Verfügung gestellten Factsheet.

Wenn Sie über Ihren Blechumformungsprozess und das Potenzial unserer Tetrabond -Beschichtung zur Steigerung der Produktqualität und Verbesserung der Produktivität in Ihrer Fertigung diskutieren möchten, so zögern Sie nicht uns über das Kontakt Formular zu kontaktieren.

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Tobias Brögelmann, Globaler Segmentleiter Umformung und Formgebung, wird Sie gerne untersützen.

Wir werden uns schnellstmöglich mit Ihnen in Verbindung setzen.

Broegelmann Tobias 2021

Dr. Ing. Tobias Brögelmann

Globaler Segmentleiter Umformung und Formgebung