Ziel der Entwicklung
Der Energieverbrauch einer Werkzeugmaschine beim Zerspanen wird durch die Grundlast bestimmt, von ebenso großer Bedeutung ist aber auch die Prozessleistung (z.B. Leistung zur Bewegung von Achsen und Spindeln, Zerspanprozess). Dabei kann durch Prozessoptimierung der Energieverbrauch deutlich gesenkt werden.
Zielstellung des Vorhabens war die Entwicklung neuartiger Bohrwerkzeuge, die sich durch verbesserte Eigenschaften in Bezug auf Verschleiß, Reibung und Elastizität auszeichnen und dadurch im Einsatz bei der Zerspanung zu einer verbesserten Energie- und Ressourceneffizienz und einer erhöhten Werkzeugstandzeit führen. Hierbei gilt für einen energieeffizienten Werkzeugeinsatz besondere Aufmerksamkeit der Effizienzsteigerung des Zerspanprozesses sowie der Minimierung des Leistungsbedarfs.
Hierbei sollten Schichtsysteme mit optimal abgestimmten tribologischen Eigenschaften in Verbindung mit einer entsprechenden Werkzeugmikrogeometrie entwickelt werden, wodurch eine Optimierung der Prozesskräfte und der Wirkleistung erreicht werden kann.
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten konzentrieren sich auf die Entwicklung von Schichtsystemen mit auf den Bohrprozess abgestimmten Eigenschaften sowie die Optimierung von Prozesskräften und der Wirkleistung in Abhängigkeit der Schichtsysteme und der Zerspanbedingungen.
Vorteile und Lösungen
Im Rahmen des Projektes wurde in Verbindung mit der Werkzeuggeometrie eine neuartige Kombinationsschicht als AlTiN-ML-Schichtvariante mit angepasster Multilagenstruktur entwickelt, die beim Bohren in einen auf 57 HRc vergüteten Werkstoff 1.2379 gegenüber der Referenz eine Standwegerhöhung von bis zu 30 Prozent, eine Reduzierung der Zerspankräfte von bis zu 40 Prozent sowie eine Reduzierung der Spindellast um bis zu 0,5 kW erreicht.
Aufgrund der Standzeiterhöhung durch die AlTiN-Beschichtung können entsprechend der jeweiligen technologischen Aufgabenstellungen wesentlich mehr Teile gefertigt bzw. die Fertigungs- und Umrüstzeiten reduziert werden. Damit kann neben der Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz auch die Produktivität der Bearbeitungsprozesse gesteigert werden. Durch den höheren Standweg wird der Ressourceneinsatz an Werkzeugen reduziert.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die erarbeitete Beschichtungs- und Werkzeugtechnologie erlaubt im Vergleich zu Referenzwerkzeugen eine deutliche Erhöhung der Werkzeuglebensdauer und eine Verringerung des Verschleißes. Daher sind sehr gute wirtschaftliche Erfolgsaussichten für die Nutzung dieser Technologie vorhanden. Geplant ist ein Ergebnistransfer in werkzeugherstellende und werkzeuganwendende Unternehmen, vor allem auch in KMU. Ebenso werden die bei der Projektbearbeitung erarbeiteten Erkenntnisse und Erfahrungen auf dem Gebiet der PVD-Beschichtung im Rahmen weiterer FuE-Projekte genutzt, um Schichtsysteme für weitere Einsatzbereiche (Hochleistungszerspanung, übertragung auf das Drehen und Fräsen) zu entwickeln.