Technische Keramik für Umformtechnik

Die einzigartigen mechanischen, tribologischen und thermischen Eigenschaften keramischer Hochleistungswerkstoffe ermöglicht eine Steigerung der Produktivität umformtechnischer Werkzeuge. Bei sachgerechtem Einsatz erreicht Keramik eine höhere Standzeit gegenüber konventionellen Werkstoffen und stellt eine wirtschaftliche und technologische Alternative zu Werkzeugstählen und Hartmetallen dar.

Das Werkzeug als Schnittstelle zwischen Maschine und Werkstück ist besonderen Belastungen ausgesetzt. An dieser Schnittstelle wird die energetische Transformation einer Bewegung in eine Formänderung vollzogen. Keramische Werkzeuge gewährleisten konstante Betriebsbedingungen und stellen damit die Werkzeugfunktion für den Transformationsprozess sicher.

Dies erfordert eine hohe Formstabilität des Werkzeugs sowie eine gleichmäßige (niedrige) Reibung. Weiterhin verhindert ein ausgeglichener Energiehaushalt die Erwärmung des Systems.

Primäre spricht die hohe Verschleißbeständigkeit und die um ein Vielfaches höhere Standzeit für den Einsatz von technische Keramik. Sekundär Gründe ergeben sich aus der Systembewertung. Eine bessere Standzeit ergibt eine Steigerung der Produktivität aufgrund von weniger Produktionsunterbrechungen sowie verringerten Aufwand für Pflege, Wieder-Rüsten und Nacharbeit und Schmierung des Werkzeugs.

  • Umformwerkzeuge werden zum einen durch Reibverschleiß beansprucht. Darunter versteht man den Abrieb bei einer tangentialen Bewegung der Oberflächen zwischen Werkzeug und Werkstück. Hier bieten keramische Werkzeuge aufgrund der hohen Härte einen guten Widerstand gegen Verschleiß.
  • Daneben entsteht aber auch Kontaktverschleiß in Form von Ermüdung und Rissbildung bei senkrecht zur Oberfläche wirkender Kontaktbeanspruchung. Hier punktet die Keramik durch hohe Druckfestigkeit. Die dabei entstehenden Hertz‘schen Spannungen erfordern jedoch auch eine gute Zugfestigkeit des Werkstoffs, insbesondere bei Stoß Beanspruchung.
  • Keramische Funktionsflächen reduzieren die Reibung im Werkzeug und senken die erforderliche Umformarbeit. Dies erlaubt einen höherer Umformgrad und eine Verbesserung der Werkstückoberfläche.
  • Keramische Werkstoffe zeigen geringe Neigung zur Adhäsion und ermöglichen im Vergleich zu Stahlwerkzeugen den Betrieb mit wenig Kühlschmierstoff, bzw. mit längeren Reinigungsintervallen.

Keramische Werkstoffe

  • Aluminiumoxyd ist ein extrem harter Werkstoff, der sich jedoch durch einen hohe Verschleißfestigkeit beim Gleitverschleiss auszeichnet.
  • Zirkonoxyd als hoch feste technische Keramik läßt sich gut bei Beanspruchung durch Zugspannungen einsetzen. Der E-Modul dieses Werkstoffes zeigt ein gutmütiges Verhalten bei der Kontaktbeanspruchung (Hertz'sche Spannungen).
  • Siliziumnitrid - Neben der Verschleißfestigkeit ermöglicht Siliziumnitrid elektrische Isolation und schmiermittelreduziertes Arbeiten.

Kaltmassivumformung – Umformung erfolgt bei Umgebungstemperatur. Hier hat das Werkstück seine normale Festigkeit. Die Umformung muss in verschiedenen Stufen erfolgen. Walzen (Walzdraht, Rohre und Bänder)

Warmmassivumformung – die Verarbeitung erfolgt bei erwärmten Werkstück und erlaubt aufgrund der reduzierten Festigkeit einen höheren Umformgrad. Keramische Werkzeuge behalten Festigkeit und Härte auch bei höheren Temperaturen und zeigen keine Anlasseffekte durch den Temperatureinfluß. Die Temperaturschockbelastung stellt bei Siliziumnitrid kein Problem dar.

Blechverarbeitung - Blechumformung sind Hochleistungskeramiken aus wirtschaftlichen und technologischen Gründen eine interessante Alternative zu Werkzeugstählen und Hartmetallen.

Rohrendbearbeitung, d.h. Aufweiten oder Verjüngen von Rohrenden. Dazu wird eine Kugel durch das Rohr gezogen, oder ein Dorn in das Rohrende gepresst. Mit einem Kümpelwerkzeug wird das Rohrende durch Stauchen verjüngt

Verarbeiter von Behältnissen, die anschließend mit Lebensmitteln oder Trinkwasser in Berührung kommen setzen keramische Werkzeuge ein, da diese ohne Schmiermittel betrieben werden können. Dadurch wird der notwendige Reinigungsprozess vom Schmiermittel eingespart.

Bördelrollen sind beim Verschließen von Getränke- oder Konservendosen im Dauereinsatz. Gegenüber beschichteten Rollen erlaubt Keramik eine höhere Standzeit und zeigt gegenüber metallische Rollen eine geringere Neigung zu Kaltaufschweißung. Lebensmitteldosen werden mit Umformrollen verarbeitet, da es durch Essig zum Verschleiß am Edelstahl kommt. CVT GreyCer®

Schweißrollen aus Siliziumnitrid werden in Anlagen zur Bandrohrfertigung zum Fügen der Nahtflanken während des Längsnahtschweißens genutzt. Sie sind unmagnetisch und elektrisch isolierend und beeinflussen den Schweißprozess beim Induktions- und Lichtbogenschweißen nicht.

  • Keramische Führungsschwerter sind eine verschleißarme Führung für die Nahtflanken.
  • Richtbacken aus Keramik, insbesondere Siliziumnitrid, für Flügelrichtapparate zum Drahtrichten punkten mit einer hervorragenden Oberflächenqualität Richteinheiten zur Drahtklemmung

Walzen dienen zur Herstellung von dünnen Blechen und Folien aus Metall. Dabei wird zwischen Umformwalzen und Zuführwalzen unterschieden. Während letztere nur für den Blechtransport zuständig sind, funktioniert die eigentliche Umformwalze als Werkzeuge mit dem hoher Druck auf das Walzgut aufgebracht wird. Entscheidend sind hier konstante Betriebsbedingungen in einem kontinuierlichen Prozeß

Matrizen für die Massivumformung (Fließpressen)

Ziehsteine werden in der Drahtherstellung benötigt. / Ziehkonen zum Drahtziehen