Diffusionsschweißen im Werkzeug- und Formenbau -herstellen konturangepasster Temperierungen- Daniel Graf

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1 Diffusionsschweißen im Werkzeug- und Formenbau -herstellen konturangepasster Temperierungen- Daniel Graf

2 Übersicht 1 Einführung und Verfahrensüberblick 2 Detaillierte Verfahrensbeschreibung 3 Vorteile des Diffusionsschweißens 4 Praxisbeispiele 5 Kontaktdaten Daniel Graf

3 1 Einführung und Verfahrensüberblick Diffusionsschweißen: Fügen/Verbinden von Körpern unter Druck und Temperatur Schnittdarstellung / Ringtemperierung Bild 1 Düsenseitiger Einsatz, Temperierung um HK-Düse, Kantenlänge Einsatz ca. 50mm Daniel Graf

4 1 Einführung und Verfahrensüberblick ierkanal r e p m e T / ystem Rohplattens : arbeitung e B e h c is Mechan Fertigteil Rohteil zu 2. weißen h c s s n io s Diffu 4. Bild 2 Verfahrensablauf Herstellung Formeinsatz - Erläuterungen zu 1.-4.: Seite 5 Daniel Graf

5 1 Einführung und Verfahrensüberblick 1. 3D-CAD-Konstruktion: Zur Herstellung der konturangepassten Temperierungen werden die benötigten Temperierkanäle in der 3D-CAD-Konstruktion so in ein Platten- oder Körpersystem hinein konstruiert, dass die benötigten Platten/Körper durch mechanische Bearbeitung gefertigt werden können. 2. Plattenvorfertigung: Gemäß der 3D-CAD-Konstruktion werden die benötigten Temperierkanäle in die Platten oder Körper eingearbeitet (Fräsen, Bohren etc.) und die Platten entsprechend vorgefertigt (Rohplattensystem). 3. Diffusionsschweißen: Dann erfolgt das flächige Diffusionsverschweißen der vormontierten Platten / Körper zu einem Block / Körper. 4. Fertigbearbeitung: Nach dem Diffusionsschweißen erfolgt die mechanische Fertigbearbeitung des Formeinsatzes oder gewünschten Körpers. Daniel Graf

6 2 Detaillierte Verfahrensbeschreibung Definition des Schweißens: Unter Schweißen versteht man (gemäß EN und DIN ) das unlösbare Verbinden von Bauteilen unter Anwendung von Wärme und/oder Druck, mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoffe. Diffusionsschweißen: Beim Diffusionsschweißen werden zwei oder mehrere metallische Körper unter Flächenpressung und hoher Temperatur (bei Stählen meist über 1000 C) zu einem homogenen Körper gefügt: - die Körper bleiben dabei vollständig im festen Zustand, es entsteht keine Flüssigphase - es kommen keine Fremd- oder Zusatzstoffe zum Einsatz - die Bauteile befinden sich dazu in einer geschlossenen Prozesskammer mit definierter Prozessatmosphäre - das gesamte System inkl. Bauteil-/teile wird auf Diffusionsschweißtemperatur durch erwärmt - die Flächenpressung nähert die Körper so zu einander an dass, - die Verbindung der Körper aufgrund von Diffusionseffekten innerhalb der Gefüge erfolgt Der physikalische Effekt ist den meisten Fachleuten an Hand von Endmaßen, die zusammengesetzt über Nacht vergessen wurden, bekannt: Man kann diese fast nicht mehr trennen! Es ist bereits zu einer Diffusionsverbindung gekommen. Daniel Graf

7 3 Vorteile des Diffusionsschweißens Block Abmessung: 80x85x60mm diffusionsgeschweißt aus 10 Einzelplatten Entnahmebereich der Oberflächenprobe Oberflächenprobe: spiegelpoliert / genarbt Bild 3 - Das nebenstehende Bild zeigt einen gefügten Block aus 10 Einzelplatten. Im kleinen Bild ist eine Probe zu sehen die zur Hälfte spiegelpoliert wurde und auf der zweiten Hälfte mit einer Narbung versehen wurde. Detailansicht in Bild 4. Werkstoff: Daniel Graf

8 3 Vorteile des Diffusionsschweißens Narbung Spiegelpolitur Einzelplatten Bild 4 Detailansicht Oberflächenprobe: Narbung und Spiegelpolitur über 9 Fügezonen hinweg. Daniel Graf

9 3 Vorteile des Diffusionsschweißens Probengrafik Zugprobe , gehärtet/angel. ca. 48 HRC Geprüfte Zugprobe , ca. 48 HRC Bild 5 Zugprüfung an einer diffusionsgeschweißten Zugprobe. Werkstoff: , gehärtet und angelassen auf ca. 48 HRC. Fügezone in der Probenmitte. Bruch erfolgt außerhalb der Fügezone. Zugfestigkeit: ca N/mm² Bruchdehnung: ca. 8 % Daniel Graf

10 3 Vorteile des Diffusionsschweißens Original-Formenbaustähle, keine Fremd- oder Zusatzstoffe in der Fügezone: reiner Werkstoff Die Fügefestigkeit erreicht die Grundfestigkeit des verwendeten Werkstoffs. Die geschweißten Körper können über die Fügezonen hinweg poliert oder genarbt werden. Die bearbeiteten Platten können sauber vormontiert und zueinander positioniert werden. Die im Kalten erzeugte Montagesituation bleibt beim Fügen erhalten. Die Anzahl der zu verschweißenden Einzelplatten ist verfahrenstechnisch nicht begrenzt. Die Einzelplatten dürfen deutliche Dickenunterschiede aufweisen. Es können sehr filigrane Temperier-/ Medienkanäle gefertigt werden (Gaskühlungen). Keine Gefahr von Verstopfung / Teilverstopfung beim Fügen da keine schmelzflüssige Phase. Verfahrenstechnisch ist kein Mindestabstand zw. Temperierkanal und Formoberfläche erforderlich. Keine Korrosionseffekte die durch Fremdstoffe in der Fügezone verursacht werden können. Nach dem Diffusionsschweißen sind alle mechanischen Bearbeitungsverfahren problemlos möglich. Nach dem Diffusionsschweißen: normales Härten / Wärmebehandlung wie bekannt. Daniel Graf

11 4 Praxisbeispiele (1) Bogenschieber Fa. Weißer+Grießhaber Bogenschieber an der Schweißebene geschnitten Ovaler Temperierkanal / Abstand zur Oberfläche ca. 1,7 mm Bild 6 Bogenschieber, Durchmesser 8,4 mm, Länge gesamt ca. 110 mm Daniel Graf

12 4 Praxisbeispiele (1) Bogenschieber Fa. Weißer+Grießhaber - exakte Zuordnung der Platten zueinander durch Verstiftung - Stiftbohrungen mit ca. 0,02mm Luft ausführen - effiziente Fertigung durch Multirohling-Platte Bild 7 Konstruktion: Anordnung der Bogenschieber im Rohplattensystem, 120x140mm Daniel Graf

13 4 Praxisbeispiele (1) Bogenschieber Fa. Weißer+Grießhaber - ebene Fügeflächen ohne Absätze - Oberflächengüte Rohplatte ca. Rz 3µm - glatte Oberfläche im Temperierkanal minimiert Korrosionsangriff Bild 8 Gefräste Rohplatte für Bogenschieber Daniel Graf

14 4 Praxisbeispiele (1) Bogenschieber Fa. Weißer+Grießhaber - verfahrentechnisch kein Mindestabstand zw. T-Kanal und Oberfläche - Plattenteilung parallel zur Entformungsrichtung Bild 9 Fertig bearbeiteter Bogenschieber Daniel Graf

15 4 Praxisbeispiele (1) Bogenschieber Fa. Weißer+Grießhaber - Filigrane Temperierkanäle hier ca. 1,5x3mm - Mittelsteg zwischen den Kanälen: ca. 0,7 mm - keine Gefahr von Verstopfung beim DFS Bild 10 Fertigteil - Exakte Plattenzuordnung: Mittelsteg zwischen den Kanälen ca. 0,7 mm Daniel Graf

16 4 Praxisbeispiele (2) Bild 11 - Formeinsatz ca. ø75 mmx100mm / Temperierung mit 3-Plattensystem Daniel Graf

17 4 Praxisbeispiele (2) Anordnung Rohteil / Fertigteil Rohplattensystem - integrierte Stifte - innere Kerbe beachten - Plattenteilung liegt in der Formkontur Bild 12 Formkern ca. ø75 mm x 100mm / Temperierung mit 3-Plattensystem Daniel Graf

18 4 Praxisbeispiele (2) - vorgefertigte Rohplatten immer weich - Montage der Einzelplatten muss eindeutig sein - asymmetrische Verstiftung - Nummerierung der Einzelplatten Bild 13 - Rohplatten Formkern ca. ø75 mm vor dem Diffusionsschweißen. Daniel Graf

19 4 Praxisbeispiele (2) - Setzen des Stapels von ca. 1-2 % - alle mechanischen Bearbeitungsverfahren sind nach dem DFS problemlos möglich - Teile nach dem DFS weich - Härten n. Formbearbeitung wie bekannt Bild 14 Formeinsatz-Rohlinge diffusionsgeschweißt (Abmessungen ca. ø 75 mmx100 mm) Daniel Graf

20 4 Praxisbeispiele (3) Flächentemperierung- direkter Vergleich konventionell gefertigt Bild 15 Formeinsatz Flächentemperierung optimiert / 2 Platten diffusionsgeschweißt Daniel Graf

21 4 Praxisbeispiele (3) Flächentemperierung- direkter Vergleich Mit den oben dargestellten Formeinsätzen wird das gleiche Kunststoffteil gefertigt. Es handelt sich um eine stark verrippte Kunststoffplatte von ca. 140x180x20 mm. Im ersten Formeinsatz ist die Temperierung konventionell durch Bohren gefertigt. Der zweite Formeinsatz wurde aus zwei Platten mit eingefräster Temperierung und Diffusionsschweißen gefertigt. Direkter Vergleich: Die Zykluszeit im konventionellen Werkzeug beträgt: ca. 50 s Die Zykluszeit im optimierten Werkzeug beträgt: ca. 40 s Daniel Graf

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Daniel Graf

23 5 Kontaktdaten Für Fragen erreichen Sie mich gerne unter folgenden Kontaktdaten: Graf Engineering Daniel Graf Dipl.-Ing. (FH) An den Kiesgruben Wendlingen Tel.: Daniel Graf