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Fakultät Maschinenbau

Neues Forschungsprojekt in der PVD-Abteilung

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Neues Forschungsprojekt: Prozess- und Werkzeugentwicklung zur mikrofrästechnischen Bearbeitung von Hartmetallen

Im Juli 2023 startet ein interdisziplinäres Kooperationsprojekt zwischen dem Lehrstuhl für Werkstofftechnologie und dem Institut für Spanende Fertigung zur Erforschung der prozess- und werkzeugseitigen Grundlagen für die Prozessauslegung und Werkzeugentwicklung zur mikrofrästechnischen Bearbeitung von Hartmetallen. Unser Projekt verfolgt das Ziel, durch eine belastungsangepasste Gestaltung der Schneidkante und des PVD-Dünnschichtsystems eine prozesssichere Mikrozerspanung von unterschiedlichen Hartmetallsorten auf Basis eines duktilen Spanbildungsprozesses zu ermöglichen.

Bisherige Erkenntnisse zur Zerspanung von Hartmetallen wurden vorwiegend in der Makrobearbeitung erzielt und sind demnach nicht direkt auf die Mikrobearbeitung übertragbar. Aus diesem Grund soll ein umfangreiches Grundlagenverständnis zur Wechselwirkung zwischen Schneidkantengestalt und der applizierten PVD-Dünnschicht sowie ihrem Einfluss auf die Spanbildungs- und Verschleißmechanismen erarbeitet werden. Das Einsatzverhalten von nitridischen und boridischen Hartstoffschichten für die Mikrozerspanung von Hartmetall ist hierbei gänzlich unbekannt.

In ersten Untersuchungen erzielten CVD-diamantbeschichtete Mikrofräswerkzeuge hohe Oberflächenqualitäten sowie vorteilhafte Druckeigenspannungszustände (siehe Abbildung). Hinsichtlich der Spanbildung ließen sich bereits Abhängigkeiten von der Schneidkantengestalt sowie der gewählten Prozessparameter ableiten. Die Diamantbeschichtungen weisen jedoch ungünstige Eigenspannungszustände auf, die während des Einsatzes zu großflächigen Schichtabplatzungen und somit zu einem frühzeitigen Werkzeugversagen führen. Die Entwicklung belastungsangepasster PVD-Dünnschichtsysteme bietet in diesem Kontext das Potenzial, hochharte Verschleißschutzschichten für die Hartmetallzerspanung abzuscheiden, um damit eine ressourceneffiziente Zerspanung des schwer zerspanbaren Werkstoffes zu erzielen.

Das Forschungsprojekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft für eine Laufzeit von 30 Monaten gefördert. Wir freuen uns sehr auf die anstehende Zusammenarbeit und den möglichen Fortschritten in der Werkzeugentwicklung für die Mikrozerspanung von Hartmetallen.

Machbarkeitsuntersuchung und erste Prozessbetrachtung der Mikrozerspanung von gesinterten Hartmetallen © ISF
Abbildung: Machbarkeitsuntersuchung und erste Prozessbetrachtung der Mikrozerspanung von gesinterten Hartmetallen