Herstellung endbearbeiteter beschichteter Druckgussbauteile im Verbundgussverfahren durch prozessintegrierte Applikation thermisch gespritzter Schichten in Gussformen

Im hier beschriebenen Forschungsvorhaben soll ein thermischer Spritzprozess in die Druckgussfertigung als neuartiges Herstellungsverfahren für weitestgehend nachbearbeitungsfreie Funktionsschichten auf Gussteilen integriert werden. Die Schichten dienen zur gezielten Optimierung der Gussbauteile hinsichtlich ihrer Funktionseigenschaften. Durch den Einsatz unterschiedlicher Schichtsysteme sind etwa erhebliche Verbesserungen der Verschleißbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder der tribologischen Eigenschaften zu erzielen. Die jeweilige Schicht wird hier jeweils vor dem Einguss auf die Druckgussformhälften appliziert und überträgt sich nach dem Einguss auf den Gusskörper.

Abb. 1: Strukturierter Formeinsatz für die Druckgussform

Die Oberflächenstruktur wird nur einmalig als Negativ bei der Herstellung der Druckgusskavität durch spanende Fertigungsverfahren erzeugt. Hierzu sind in diesem Projekt mehrachsige Fräs- und Mikrofräsverfahren vorgesehen. Diese Negativstruktur wird bei jedem Abguss automatisch in der thermisch gespritzten Schicht eines jeden Gussprodukts repliziert und dient ebenfalls zur Anpassung der Schichtoberfläche an den jeweiligen Anwendungsfall. Vorgesehen sind beispielsweise die Einbringung von Schmiertaschen oder Strukturen zur Beeinflussung der Reibeigenschaften der beschichteten Druckgussoberflächen.

Die durch den Druckgießprozess selbsttätig abformende Strukturierung der Verbundgussbauteiloberfläche stellt eine erhebliche Verkürzung der gesamten Prozesskette dar. Die hier vorgestellte Lösung erlaubt es, die bei der konventionellen Vorgehensweise pro Bauteil stets notwendig durchzuführenden Prozessschritte zur Erzeugung einer funktionalen Oberflächenstruktur einzusparen. Bisher sind zwischen Druckgieß- und Beschichtungsprozess weitere Bearbeitungsschritte erforderlich, um die Gussoberflächen für den Beschichtungsprozess zu präparieren. Dies sind zum einen Schleif-, Dreh- oder Fräsverfahren zur Herstellung der Maßhaltigkeit des Bauteils und ein anschließender Strahlprozess, um die für das Beschichtungsverfahren notwendige Oberflächenrauheit herzustellen, die zur Sicherstellung einer ausreichenden Schichthaftung erforderlich ist.

Abb. 2: Druckgusswerkstück mit transplantierter CuAl-Beschichtung

Anschließend an den thermischen Beschichtungsprozess wird in der konventionellen Prozesskette die spanende Herstellung der Endkontur durchgeführt. Dies ist notwendig, da die aufgebrachte Funktionsschicht im Allgemeinen noch nicht die gewünschten geometrischen Oberflächeneigenschaften aufweist. Neben einer Glättung der durch den thermischen Spritzprozess bedingten großen Rautiefe ist häufig auch ein Schichtabtrag zur Herstellung der geforderten Endabmessungen, vorrangig durch Schleifverfahren, erforderlich, da speziell im Bereich komplexer Werkstückkonturen eine konstante und definierte Schichtdicke durch den Beschichtungsprozess nicht erreichbar ist.

Literatur

[1]
Fr.-W. Bach, K. Möhwald, T. Bause, D. Biermann, A. Zabel, A. Peuker: Herstellung von beschichteten Druckgussbauteilen durch prozessintegrierte Applikation thermisch gespritzter Schichten in Gussformen, Tagungsband Werkstofftechnisches Kolloquium – WTK, Chemnitz (2009)
[2]
Fr.-W. Bach, K. Möhwald, Y. Zhang, K. Kerber, M. Erne, D. Biermann, A. Zabel, A. Peuker: Transplantation von thermisch gespritzten Verschleißschutzschichten auf Druckgussteile aus Leichtmetalllegierungen, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (2010), Vol. 41 No. 6.
[3]
Fr.-W. Bach, K. Möhwald, Y. Zhang, K. Kerber, M. Erne, D. Biermann, A. Zabel, A. Peuker: Prozesskettenverkürzte Fertigung von Leichtmetall Druckgussverbundbauteilen durch Transplantation thermisch gespritzter Schichten, Tagungsband Werkstofftechnisches Kolloquium – WTK, Chemnitz (2010)
[4]
Zabel, A.; Surmann, T.; Peuker, A.: Surface Structuring and Tool Path Planning for Efficient Milling of Dies. In: 7th International Conference on High Speed Machining Proceedings, 2008, Technische Universität Darmstadt; Eberhard Abele (Editor,) Meisenbach Verlag GmbH, Bamberg, ISBN: 978-3-87525-274-3, S. 155-160
[5]
Zabel, A.; Peuker, A.; Odendahl, S.: Oberflächenstrukturierung und Simulation der Bearbeitung von Formwerkzeugen, In: SFB 708 - 2. öffentliches Kolloquium, 21.11.2008, Praxiswissen, 2008, S. 167-173, ISBN 978-3-89957-072-4

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