LaserPunch - eine hybride Laser-Stanz-Technologie

CNC-Stanzmaschinen sind multifunktionell und flexibel, stoßen aber in punkto bearbeitbares Werkstoffspektrum und Teilequalität an ihre Grenzen. Ein Forschungsprojekt, bei dem man einen Hochleistungs- Diodenlaser in die Struktur einer Stanzmaschine integrierte, soll diese Grenzen verschieben. Der Laser erwärmt das Blech von unten kurz vor dem Stempeleingriff. Ziel ist es, Risse zwischen den Korngrenzen des Werkstoffgefüges, die zu frühzeitigem Bruch führen, zu vermeiden, die nötige Stanzkraft deutlich zu senken und die Werkzeugstandzeit zu verlängern. Mit der Entwicklung des laserunterstützten LaserPunch-Hybrid- Stanzverfahrens sollen in Zukunft erstmals gestanzte Trennflächen mit Schnittanteilen von 100 % der Blechdicken mit herkömmlichen CNC- Stanzmaschinen im Normalschneidverfahren hergestellt werden. Die so, ohne zusätzlichen Werkzeugwechsel, realisierbaren Passungen können aufgrund ihres hohen Traganteils auch bei kleinen Blechdicken, z. B. mit Gewindegängen, funktionalisiert werden. Das LaserPunch-Systemkonzept zeichnet sich durch die modulare Integration des Laserwerkzeugs in das Werkstück-Spannsystem von Stanzmaschinen aus. Dadurch wird der automatisierte Werkzeugwechsel von Stanzstempeln und zugehörigen Matrizen für eine flexible Blechbearbeitung in einer Aufspannung nicht von der Laserintegration beeinflusst. Zurzeit wird am Fraunhofer IPT, Aachen, (DE), ein entsprechender LaserPunch-Maschinendemonstrator auf der Basis einer Stanzmaschine von Boschert, Lörrach, (DE), und eines Hochleistungs-Diodenlasers von Laserline, Mülheim-Kärlich, (DE), entwickelt und aufgebaut. Zur Vorbereitung der Prozessentwicklung und Prozessoptimierung wurden anhand von FEM-Simulationen die laserinduzierten Temperaturfeldverläufe im Werkstückinneren in Abhängigkeit von den Laserstrahlparametern und den thermischen Werkstoffkennwerten ermittelt. Anhand der Simulationsergebnisse wurden als Vorbereitung für eine effiziente Prozessentwicklung die benötigten Laserleistungen und Bestrahlungszeiten ermittelt, bei denen die jeweiligen Werkstoff spezifischen Mindesttemperaturen zur Werkstoffentfestigung entlang der gesamten Scherzone im Werkstückinneren erreicht werden und man gleichzeitig ein Aufschmelzen der Werkstückoberfläche vermeidet.