Wirkmechanismen und Wechselwirkungen zur Grenzflächen- und Schneidkantenkonditionierung in der Mikrohartbearbeitung

Die mechanischen Fertigungsprozesse mit geometrisch bestimmter Schneide bieten in der Hartbearbeitung auch weiterhin wichtige Vorteile gegenüber alternativen Verfahren wie Laserablation und Erodieren. So lassen sich gute Oberflächenqualitäten bei höheren Abtragsraten bei geringer thermischer Beeinflussung der Randzone erzielen. Den genannten Vorteilen steht allerdings die begrenzte Standzeit der Werkzeuge als Folge der hohen Beanspruchung im Hartbearbeitungsprozess gegenüber. Der Verschleiß an der Schneide führt zu ungünstigen Eingriffsbedingungen oder spontanem Werkzeugversagen und damit zu einer mangelnden Bauteilqualität sowie schlussendlich zum Ausschuss. Dieser ist im Werkzeug- und Formenbau aufgrund der hohen Komplexität der Bauteile und der eingesetzten Werkstoffe mit erheblichen Kosten für die produzierenden Unternehmen verbunden. Hieraus resultiert eine Notwendigkeit, die Werkzeugstandzeit und damit Sicherheit des Fertigungsprozesses auch für die Bearbeitung harter Stahlwerkstoffe zu steigern. Für die Erhöhung der Standzeit bei Vollhartmetallwerkzeugen sind unter anderem die mechanischen und chemischen Eigenschaften der PVD-Beschichtung und ihre Haftung entscheidend. Diese sind dabei nicht nur vom Beschichtungsprozess selbst, sondern auch von der Vorbearbeitungsstrategie in hohem Maße abhängig.

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens besteht daher darin, die Grundlagen der Mikrozerspanung in Abhängigkeit von Schneidkantengestalt und Grenzflächenmodifikation sowie deren Wechselwirkungen mit nitridischen DC/HiPIMS-Hartstoffschichten (TiAlSiN und TiAlTaN) für die Hartbearbeitung von Werkzeugstählen zu verstehen, um in der Folge die Leistungsfähigkeit des Hartbearbeitungsprozesses mit geometrisch bestimmter Schneide zu steigern.

1. W. Tillmann, D. Stangier, A. Meijer, E. Krebs, A. Ott, T. Platt, N.F. Lopes Dias, L. Hagen, D. Biermann: Adapting the Surface Integrity of High-Speed Steel Tools for Sheet-Bulk Metal Forming, Journal of Manufacturing and Materials Processing 6 (2022), 37. doi: https://doi.org/10.3390/jmmp6020037
2. A.L. Meijer, A. Ott, D. Stangier, W. Tillmann, D. Biermann: Modification of Surface and Sub-Surface Conditions of Cemented Carbide by Pressurized Air Wet Abrasive Jet Machining for PVD Coatings, Procedia CIRP 108 (2022), 372-377. doi: https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.04.073
3. A.L. Meijer, D. Stangier, W. Tillmann, D. Biermann: Induction of residual compressive stresses in the sub-surface by the adjustment of the micromilling process and the tool’s cutting edge, CIRP Annals 71 (2022), 97-100. doi: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2022.04.065
4. D. Stangier: Maßgeschneiderte tribologische Werkzeugaktivflächen für die Blechmassivumformung, Dissertation, Technische Universität Dortmund, 2022.
5. C.P. Jäckel, A.L. Meijer, D. Stangier, N.F. Lopes Dias, W. Tillmann, D. Biermann: Cutting edge preparation of micro end mills by PVD-etching technology, Production Engineering 18 (2024), 459-473. doi: https://doi.org/10.1007/s11740-023-01257-9
6. W. Tillmann, A.L. Meijer, T. Platt, D. Biermann, D. Stangier, N.F. Lopes Dias: Cutting performance of TiAlN-based thin films in micromilling high-speed steel AISI M3:2, Manufacturing Letters 40 (2024), 6-10. doi: https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2024.01.005
7. A.L. Meijer, N.F. Lopes Dias, W. Tillmann, D. Biermann: Preparation of asymmetrical cutting edge geometries on micro end mills using pressurized wet abrasive jet machining for hard micromachining of AISI M3:2, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 51 (2024), 252-262. doi: https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2024.05.005
8. N.F. Lopes Dias, A.L. Meijer, D. Biermann, W. Tillmann: Structure and mechanical properties of TiAlTaN thin films deposited by dcMS, HiPIMS, and hybrid dcMS/HiPIMS, Surface and Coatings Technology 487 (2024), 130987. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.130987
9. N.F. Lopes Dias, A.L. Meijer, C.P. Jäckel, A. Frisch, D. Biermann, W. Tillmann: Arc-enhanced glow discharge ion etching of WC-Co cemented carbide for improved PVD thin film adhesion and asymmetric cutting edge preparation of micro milling tools, Surface and Coatings Technology 491 (2024), 131166. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.131166

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