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Härten mit Laser, kaum Verzug und neue Möglichkeiten
17.11.2011 | Laserhärten wie auch Laserauftragsschweissen bieten sich für ganz spezielle Anwendungen an – vor allem bei Bauteilen die nur punktuell einer Belastung ausgesetzt sind. Die Firma BR TEC Bühler AG aus Turbenthal bietet beide Verfahren, mit über 10-jähriger Erfahrung an und nutzt dafür modernste Festkörperlaser, mit hohen Leistungen.
Um Stahl und andere kohlenstoffhaltige Metalllegierungen zu vergüten werden verschiedene Härteverfahren angewendet. Meistens haben diese Verfahren den Nachteil, dass sich das Material durch den hohen Wärmeeintrag verzieht und die gehärteten Bauteile nachbearbeitet werden müssen. Kaum Verzug dagegen tritt beim Laserhärten auf.
Um Stähle vor Verschleiss zu schützen, welche auf Grund der Legierung nicht gehärtet werden können, wie zum Beispiel rostbeständige Stähle, bietet sich mit dem Laserauftragsschweissen eine Alternative. Hierbei wird gezielt ein Bereich mit einem ausgesuchten Material gepanzert. Der Laser bietet gegenüber anderen Ausschweissungsverfahren den Vorteil, dass eine Aufmischung des Verschleissschutzes, welches in Form von Pulver zugeführt wird, mit dem Grundmaterial sehr eng begrenzt bleibt und durch die gezielte und konzentrierte Wärmeeinbringung auch hier kaum Verzüge auftreten.
Komplexe Geometrien leicht bearbeitet
Das Unternehmen setzt für komplexe Formen ein 5-Achs-Laserbearbeitungszentrum ein.
Die Anlage verfügt über einen Arbeitsbereich im Raum von 4 x 2 x 1,5 Metern. Zudem können Werkstücke mittels einer Zusatzdrehachse bewegt werden. Es lassen sich sowohl grossvolumige Bauteile als auch kleine Einzelteile mit der Anlage bearbeiten.
Neben dem Laserhärten wird die multifunktionale Anlage auch zum Laserauftragsschweissen eingesetzt. Neben dieser Anlage ist noch eine automatisierte Laserhärteanlage für grosse Serien bei BR TEC Bühler AG in Betrieb.
Schutzgas verhindert Oxidation
Zusätzlich kann bei der Bearbeitung mit einer Schutzgasvorrichtung ausgeführt werden. Der Vorteil liegt darin, dass dabei keine Oxidation, bzw. Verzunderung der Metalloberfläche des Bauteils stattfinden kann. Die Oberfläche bleibt metallisch blank und bei fertig bearbeiteten Werkstücken entfällt eine aufwändige Nachbearbeitung.
Richtiges Verhältnis: Laserhärten ohne Verzug
Der grosse Vorteil beim Laserhärten liegt darin, dass kaum Verzug auftritt und der Härteprozess so eingestellt werden kann, dass keine weitere Nachbearbeitung des Bauteils mehr nötig ist.
Beim Laserhärten wird die Oberfläche durch den Laserstrahl sehr schnell aufgeheizt, die eingetragene Wärme wird in das kalte Umgebungsmaterial abgeleitet.
Eine zusätzliche Abschreckung mit Öl oder Wasser ist nicht notwendig.
In der Regel werden mit dem Laserstrahl Spurbreiten von 2mm bis 15mm gehärtet. Mit den bei BR TEC AG zu Verfügung stehenden Anlagen sind Spurbreiten bis 25mm möglich. Um grössere Bereiche zu härten, werden mehrere Laserspuren nebeneinander gelegt.
Einhärtetiefe abhängig vom Material
Obwohl der Festkörperlaser wesentliche Verbesserungen beim Laserhärten ermöglicht, ist das Ergebnis trotzdem noch vom Ausgangsmaterial abhängig. So liegt die Einhärtetiefe bei niedriglegierten Werkzeugstählen (z.B. 1.2842 oder 1.2510) bei 0,8 bis 3 Millimeter doppelt so hoch wie bei hochlegierten Stählen mit hohem Chrom-Anteil (z.B. 1.4034).
Gesamtprozess entscheidet über Nutzen
Insgesamt lassen sich Werkstücke mit dem Laser gezielter, schneller und kontrollierter härten.
Enorme Kostenersparnisse entstehen durch eingesparte Arbeitsschritte in der Vor- und vor allem der Nachbearbeitung.
Es ist wichtig nur so viel zu härten wie zwingend nötig, der Prozess geht somit schneller und der Verzug ist geringer. Es lohnt sich auf jeden Fall, sich schon bei der Konstruktion eines Bauteiles Gedanken zu machen wo gehärtet werden muss.
Laserauftragsschweissen
Das Laser-Pulverauftragsschwssen ist noch weit weniger bekannt und verbreitet. Trotzdem bietet auch dieses Verfahren enormes Potential. Hier können Härte und Eigenschaften des aufgeschweissten Materials genau auf die Beanspruchung abgestimmt werden. Mit dem frühen Einstieg in die Lasertechnik beim Härten und auch beim Auftragsschweissen verfügt BR TEC Bühler AG über viel know-how und berät seine Kunden gerne bei deren Anforderungen. Da sich selten ganz genau vorhersagen lässt wie ein Material oder Bauteil reagieren, ist man auf Erfahrungswerte angewiesen. Um gute Erfolge zu erzielen ist eine offene und konstruktive Zusammenarbeit sehr erfolgsversprechend.
Viele interessante Projekte wurden mit grossem Erfolg abgeschlossen und viele Teile werden heute regelmässig mittels Laser bearbeitet.
Zusammenarbeit in der virtuellen Fabrik
BR TEC AG arbeitet bei vielen Projekten mit der virtuellen Fabrik (www.virtuellefabrik.ch) zusammen. Dank dieser engen Zusammenarbeit können umfangreiche und komplexe Projekte umgesetzt werden.
Die virtuelle Fabrik beinhaltet die Fach-Kompetenzen eines
Technologiekozerns. Dennoch sind alle Mitglieder unabhängig genug um die
KMU-Mentalität beibehalten zu können.
Information:
BR TEC Bühler AG, Tösstalstrasse 140, 8488 Turbenthal
Tel. 052 397 27 00, Fax. 052 397 27 01
info@brtec.eu, www.brtec.eu
Frage/Kommentar (29. Nov.) Lassen sich Laser gehärtete Teile vergleichsweise einfach polieren? ( Guido Besimo) Sehr geehrter Herr Koop
Oxydation lässt sich unter Schutzgas verhindern haben Sie im Artikel ausgeführt. Offen bleibt die Frage, ob die Oberfläche grundsätzlich einfach nachzuarbeiten ist. Gibt es Erfahrungen bzgl. geeigneten nachgelagerten Oberflächentechnologien?
Z.B. Elektropolieren, beizen, Plasmapolieren oder galvanisieren?
Freundliche Grüsse
G. Besimo Antwort am 29.11.2011, 14:44 | Zur Frage: "Lassen sich lasergehärtete Teile polieren?" (Jan Koop (CEO))
Guten Tag Herr Besimo
Die Teile sind, wie Sie richtig bemerken, nach dem Härten zunderfrei.
Somit lassen sich alle gängigen Oberflächenbehandlungen im Niedrigtemperaturbereich (bis ca. 100 Grad) problemlos umsetzen. Bei Behandlungen über 100 Grad muss sinnvollerweise ein "anlassbeständiger Stahl", z.B 1.2312, oder gar 1.2379, o.ä. verwendet werden.
Mit freundlichen Grüssen
J. Koop
Sehr geehrter Herr Koop
Welche gängigen Materialien, die im Werzeugbau eingesetzt werden, sind mit dem Laserhärten härtbar.
Welche Materialien sind gar nicht oder sehr schlecht härtbar?
Freundlich Grüsse
M. Klinger Antwort am 21.11.2011, 07:18 | Guten Tag Herr Klingler (Jan Koop (CEO))
Grundsätzlich sind alle Stähle härtbar, die einen Mindest C-Gehalt von 0,4% aufweisen. Wobei es Ausnahmen gibt.
Als sehr gut geeignet gelten:
- 1.2312 / 1.2311
- 1.7225
- 1.2842 / 1.2510
- CK45 (etwas weniger gut geeignet, geht aber in Ordnung)
- 1.4034
- 1.4112
u.v.m.
Nicht mit dem Laser härten kann man Einsatzstähle, also Stähle mit zu wenig, oder keinen Kohlenstoffanteil. Z.B.:
- 16MnCr5 / 21MnCr5
- EC35
usw.
Mit freundlichen Grüssen
J: Koop
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