Höhere Effektivität durch beschichtete Zerspanungswerkzeuge

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

An der Fakultät Maschinenbau wird das Thema „Einsatzuntersuchung von tetraedrisch gebundenen, amorphen Kohlenstoff (ta-C), nanokristallinen Diamant (n-D) und kubischen Bornitrid (CBN) beschichteten, Bearbeitungsgeometrie-optimierten und wahlweise mikrostrukturierten Werkzeugen“ bearbeitet. Darin wird die Einsatzcharakterisierung der Schichten auf spanenden Werkzeugen der Fertigungsverfahren Drehen, Bohren und Fräsen sowie mikrostrukturierter Flächen an diesen Werkzeugen vorgenommen.

Die Werkzeuge sollen die Effektivität der spanenden Bearbeitung erhöhen. Wobei die Hauptziele vor allem in der Erhöhung der Standzeit, der Prozesssicherheit und der energieeffizienten Bearbeitung gesehen werden.

Bei ta-C-beschichteten Bohrern reduziert sich die Vorschubkraft

Erste Bohrversuche wurden an einer AlSi-Gusslegierung mit 12% Si-Anteil durchgeführt. Dabei kamen Vollhartmetall-Bohrer der ISO-Anwendungsgruppe K10 mit einem Durchmesser von 8 mm zum Einsatz. Mit einer Schnittgeschwindigkeit von 126 m/min, einem Vorschub von 0,25 mm und unter Verwendung einer KSS-Emulsion entstanden über 200 Bohrungen.

Bei den ta-C-beschichteten Werkzeugen reduzierte sich sowohl die Vorschubkraft um etwa 20% als auch der dynamische Vorschubkraftanteil. Ein wesentlicher Grund dafür kann in den verbesserten Reibungsbedingungen beim Spanablauf gesehen werden.

Bild 4 zeigt die Aufbauschneidenbildung beim unbeschichteten K10-Bohrer. Wie Bild 5 erkennen lässt, spielt bei den K10-Bohrern mit einer 2 µm dicken ta-C-Schicht die Aufbauschneide keine Rolle mehr.

Literatur

[1] Dreyer, K., D. Kassel und G. Schaaf: Feinst- und Ultrafeinstkornhartmetalle: Tendenzen und Anwendungen. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 32/2001, S. 238-248.

[2] Holzschuh, H. und J. Drobniewski: Produktivität und Standzeit durch beschichtete Werkzeuge erhöhen. Maschinenmarkt 36/2008, S. 132-135.

[3] N.N.: Beschichtung erhöht die Standzeit von CBN-Schneidstoff um bis zu 40%. Maschinenmarkt 35/2009, S. 47.

[4] Biermann, D., F. Höhne und I. Terwey: Den Bohrprozess simulieren. Werkstatt + Betrieb 6/2009, S. 55-57.

Prof. Dr.-Ing. Eckhard Wißuwa ist Professor für Fertigungstechnik an der Hochschule Mittweida in 09648 Mittweida, Stefan Scholze ist dort wissenschaftlicher Mitarbeiter.

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