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Drücken und Drehen

Werkzeug verfestigt Metalle und Legierungen durch Anwendung hoher Drücke und Scherspannungen.

Das dreiteilige Umformwerkzeug kann kurze, zylindrische Rohlinge (rot und hellgrau) durch hohen Druck und Scherspannung plastisch verformen und zu langen Stangen verbinden.
Bauteile oder Befestigungselemente, die aus hochfesten Materialien hergestellt sind, erhöhen die Sicherheit von Gebäuden, Anlagen oder Fahrzeugen. Durch die Verwendung extrem fester Materialien ist es zudem möglich, die Teile kleiner und leichter zu gestalten.

Um solche Bauteile herstellen zu können, ist es notwendig, die Mikrostruktur des Rohmaterials gezielt zu beeinflussen und für eine hohe Festigkeit zu optimieren. Dazu wird im Labor meist das High Pressure Torsion, kurz HPT, genannte Umformungsverfahren eingesetzt, das mit Rotation unter hohem Druck arbeitet. Ein Nachteil des HPT-Verfahrens ist jedoch, dass bisher nur etwa münzgroße Halbfabrikate hergestellt werden können.

Wissenschaftler des Instituts für Nanotechnologie (INT) am KIT haben das HPT-Verfahren weiterentwickelt, um auch die Produktion größere Halbfabrikate zu ermöglichen. Das am KIT entwickelte Umformwerkzeug besteht aus einem dreiteiligen, dickwandigen Rohr. Ein Stempel presst Rohmaterial unter hohem Druck von oben ein. Der untere Teil des Werkzeugs ist nach unten offen, so dass das fertig geformte Teil herausgepresst werden kann. Ein Verdrehen des mittleren Werkzeugteils gegen den feststehenden oberen und unteren Teil bewirkt, dass auf das Rohmaterial eine starke Scherspannung wirkt. Der Innendurchmesser des Werkzeuges variiert von oben nach unten. Die engste Stelle befindet sich dabei im unteren Teil des Werkzeugs und ist so ausgelegt, dass der Druck im gesamten Werkzeug hoch genug ist.

Das Durchpressen bei gleichzeitigem Verdrehen bewirkt eine Verfestigung des Materials. Verwendet man als Rohmaterial kurze, zylindrische Metallstücke, so ist es möglich, diese Stücke nur durch den hohen Druck und die Scherspannung miteinander zu verbinden. Auf diese Weise lassen sich beliebig lange Metallstäbe von extrem hoher Festigkeit herstellen, die beispielsweise zu Konstruktionswalzmaterial oder kaltgezogenen Drähten weiterverarbeitet werden können. Neben massiven Rohlingen können auch vorgepresste Pulver aus Schnellarbeitsstahl, recycelte Materialien, sowie Späne, Granulat und Bänder verwendet werden.

Das KIT sucht Partner zur Weiterentwicklung und Anwendung des Verfahrens.

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Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dr.-Ing. Philipp Scherer, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager Mobilität, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-28460

E-Mail: philipp.scherer@kit.edu

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