Ziel der Entwicklung
Die spanende Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen wie bspw. Nickelbasislegierungen, vor allem mit geometrisch bestimmter Schneide, ist aufgrund der Materialeigenschaften (hohe Festigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit) vielfach sehr problematisch. Beim Drehen und Fräsen kommt es folglich zu einem schnellen Werkzeugverschleiß und damit verbunden zu kurzen Standwegen dieser Werkzeuge. Ziel des Projektes war es, im Rahmen eines ganzheitlichen Ansatzes unter Einbeziehung verschiedener Verfahrensschritte Beschichtungslösungen für CBN- und Hartmetall-Schneidstoffen zum Bearbeiten von hochfesten Nickelbasislegierungen zu entwickeln und zu testen, mit denen nachhaltig die Wirtschaftlichkeit der Nickelbasisbearbeitung erhöht werden kann.
Neben einem für diese Anwendung entwickelten Schichtsystems wurden unter anderem auch Zerspankraft- und Temperatursimulationen zur Beurteilung und Optimierung des Zerspanprozesses sowie eine umfangreichere Schichtdiagnostik realisiert.
Vorteile und Lösungen
Im Rahmen des Projektes konnte nachgewiesen werden, dass durch die Entwicklung einer AlTiN-Schichtvariante mit angepasster Vorbehandlungsprozedur und Haftvermittlerschicht (Variante AlTiN-E4-LGD) bei Drehversuchen in den Nickelbasiswerkstoff Inconel 718 gegenüber der unbeschichteten Referenz mit beschichteten CBN-Schneidstoffen eine Standwegerhöhung von bis zu 12 Prozent erzielt werden konnte.
Ausgehend von der Annahme, dass aufgrund der Standzeiterhöhung durch die AlTiN-Beschichtung von entsprechend der jeweiligen technologischen Aufgabenstellung wesentlich mehr Teile gefertigt werden können bzw. sich Fertigungs- und Umrüstzeiten entsprechend reduzieren, kann auch davon ausgegangen werden, dass die Produktivität der Bearbeitungsprozesse um bis zu 15 Prozent gesteigert werden kann. Durch den höheren Standweg kann der Ressourceneinsatz an Werkzeugen reduziert werden.
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, die bei der Projektbearbeitung erarbeiteten Erkenntnisse und Erfahrungen auf dem Gebiet der PVD-Beschichtung temperaturbeständiger Verschleißschutzschichten inklusive der Vor- und Nachbehandlung der Werkzeuge im Rahmen weiterer FuE-Projekte zu nutzen, um Schichtsysteme für weitere Einsatzbereiche zu entwickeln.
Darüber hinaus war bereits während der Projektlaufzeit ein vielschichtiges Interesse an den Ergebnissen z.B. aus dem Werkzeughersteller-Bereich und von Herstellern von Turbinenteilen zu verzeichnen. Hieraus werden weitere Umsetzungspotenziale für die Projektergebnisse erwartet.