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Gewindebohren in Titan Beschichtung auf DLC-Basis erhöht Standweg beim Gewindebohren

| Autor / Redakteur: Steffen Reich und andere / Rüdiger Kroh

Für das Gewindebohren in Titan wurde eine neuartige Beschichtung auf der Basis von CrTiN mit einer DLC-Deckschicht entwickelt. Im Vergleich zu HSS-Gewindebohrern mit TiCN-Beschichtung konnten sowohl die Schnittgeschwindigkeit als auch der Standweg und die Anzahl lehrenhaltiger Gewinde mehr als verdoppelt werden.

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Bild 1: Titanplatte aus TiAl6V4 mit Kernloch- und Gewindebohrungen: An die Werkzeuge werden dabei hohe Anforderungen gestellt.
Bild 1: Titanplatte aus TiAl6V4 mit Kernloch- und Gewindebohrungen: An die Werkzeuge werden dabei hohe Anforderungen gestellt.
(Bild: GFE )

Im Zuge einer zunehmenden Diskussion über nachhaltige Fertigung im Maschinenbau gewinnen Fragen des Leichtbaus immer mehr an Bedeutung. Neben anderen Faktoren werden diese insbesondere durch Veränderungen der eingesetzten Werkstoffe getrieben. Eine besondere Bedeutung haben dabei die Titanwerkstoffe. Diese besitzen ein sehr günstiges Verhältnis von Festigkeit zu Masse und sind zudem in großem Umfang verfügbar.

Nicht mehr lehrenhaltige Gewinde sorgen für Standzeitende

Sollen diese Werkstoffe zur Anwendung kommen, ist in vielen Fällen eine spanende Bearbeitung erforderlich. Dabei sind jedoch aufgrund der für die Zerspanung anspruchsvollen Eigenschaften, wie geringer Wärmeleitung, Neigung zum Bilden von Aufbauschneiden, hoher Warmfestigkeit und geringen E-Moduls spezielle Lösungen für Werkzeuge und Technik erforderlich [1, 2]. Dies gilt insbesondere für die Herstellung von Innengewinden durch Gewindebohren.

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Für Gewindebohrer kommt nach wie vor im überwiegenden Maße HSS als Schneidstoff zum Einsatz. In der Titanbearbeitung werden üblicherweise beschichtete Werkzeuge eingesetzt. Zur Definition des Istzustandes wurden kommerziell verfügbare Werkzeuge mit einer TiCN-Beschichtung für die Titanbearbeitung entsprechend der vom Hersteller empfohlenen Schnittwerte eingesetzt.

Als Werkstoff kam zunächst der klassische TiAl6V4 zur Anwendung. Nach maximal 30 bis 45 Gewindebohrungen (abhängig von der TiAl6V4-Charge) erreichten die TiCN-beschichteten HSS-Gewindebohrer das Standzeitende aufgrund der nicht mehr lehrenhaltigen Gewinde oder einer starken Geräuschbildung.

Reibungsoptimierte DLC-Schicht wird als Decklage eingesetzt

Um den speziellen Anforderungen des Gewindebohrens in Titan gerecht zu werden, wurde eine spezielle Beschichtungslösung erarbeitet (Bild 2). Diese basiert auf einer CrN-Anbindung zum Substrat und einer darüberliegenden CrTiN-Basisschicht. Aufgrund der hohen Reibkräfte beim Gewindebohren und des geringen E-Moduls von Titan, was zu einer starken Rückfederung des Werkstoffs nach dem Schneiden des Gewindes führt [3], wurde eine reibungsoptimierte Kohlenstoffschicht (DLC-Schicht) als Decklage eingesetzt [4 bis 7]. Mit diesem Schichtaufbau war es möglich, die auftretenden Bearbeitungskräfte und -momente deutlich zu reduzieren (Bild 3).

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