Ziel der Entwicklung
Nichteisenmetalle neigen bei der spanenden Bearbeitung zur Bildung langer, kaum brechender Wirrspänen, ebenso treten verstärkt Aufschmierungen auf, welche die Werkzeuglebens-dauer reduzieren. Im Rahmen des Projektes sollte daher ein neuartiges Schichtsystem für Zerspanwerkzeuge entwickelt werden, das bei der Bearbeitung von NE-Metallen zu einer deutlichen Reduzierung des Adhäsionsverschleißes führt. Diese Anpassung des tribologischen Systems zwischen Werkzeug und Werkstück ermöglicht durch die Reduzierung von Reibungs- und Adhäsionsvorgänge die deutlich verbesserte Zerspan-barkeit von NE-Legierungen. Zielsetzung war dabei die Entwicklung von Schichtsystemen für die Bearbeitung von NE-Metall-Legierungen mit den folgenden Eigenschaften:
• chemisch inerte Oberfläche mit geringer Oberflächenenergie zur Reduzierung des Adhäsionsverhaltens
• hohe Härte (>45 GPa) zur Verbesserung des Verschleißverhaltens
• geringer Reibwert für den Einsatz der Schichten im schmiermittelfreien Einsatz.
Durch die neu zu entwickelnden Hartstoffschichtsysteme in Verbindung mit einer geeigneten Technologie der Schneidkantenpräparation und Schichtnachbehandlung wurden Werkzeuge für die Bearbeitung von NE-Metallen bearbeitet und getestet. Des weiteren bestand bei der oben genannten Problematik das Problem, wie man relativ schnell Aussagen zum Adhäsions- und Verschleißverhalten der beschichteten Werkzeuge nach der Zerspanung von NE-Metallen erhält.
Vorteile und Lösungen
Um das Projektziel zu erreichen, wurden die Prozesse entlang der Prozesskette (Schneidstoffsubstrat/ Beschichtungsvorversuche/ Zerspantests/ Schichtentwicklungen/ Vor- und Nachbehandlung/ Einsatztests) analysiert und in einzelnen Arbeitsschritten das jeweilige Optimum erarbeitet. Von entscheidender Bedeutung waren dabei neben der Beurteilung des Einsatzverhaltens der Zerspanwerkzeuge der Schneidstoff, die Werkzeuggeometrie und insbesondere die Entwicklung von speziell auf die oben genannten Bearbeitungsaufgaben „zugeschnittenen“ Hartstoffschichten. Zur Entwicklung genutzte Lösungsansätze waren dabei:
• angepasste Vor-und Nachbehandlung (Gewährleistung von Haftung und Reibwert)
• Erarbeitung eines Standard-Tests zur schnellen Beurteilung des Verschleißverhaltens der Schichten unter definierten Bedingungen
• Entwicklung von Schichten mit spezifischen Eigenschaften (hohe chemische Inertheit, niedrige Oberflächenenergie, hohe Härte, niedriger Reibwert)
• Betrachtung verschiedener tribologischer Systeme (Substrat / Schicht / NE-Metall) und deren Einfluss auf die Schichteigenschaften und den Einsatzfall.
Für Untersuchungen aus der Gruppe der Nichteisenmetalle wurde das Material Cu-Al10Ni5Fe4 (heterogenen Mehrstoff-bronze) und für die Zerspanung (Drehen) dieses Materials wurden Drehplatten aus Feinstkorn-Hartmetall ausgewählt und die Versuchsmatrix (Arbeitsschritte, Stückzahlen, Schichtsysteme, Schichtdicken, Schichtdiagnostik, Zerspanbedingungen) erarbeitet.
Zielgruppe und Zielmarkt
Zielgruppen für die wirtschaftliche Verwertung der FuE-Ergebnisse sind vor allem die Anwendungsbereiche in der NE-Metall-bearbeitung. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Reduzierung der Bearbeitungszeit durch Steigerung der Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten. Grundlage hierfür sind neue Maschinenkonzepte sowie eine leistungsstarke Beschichtung (zum Beispiel mit Antiadhäsionseigenschaften) inklusive der optimalen Vor- und Nachbehandlung sowie der Schneidstoffauswahl.
