Tribologische Optimierung der Gestalt und Beschichtung von Führungsleisten für das BTA-Tiefbohren von hochlegierten Stählen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt konnten tribologisch optimierte Führungsleisten für das BTA-Tiefbohren hochlegierter Stähle entwickelt werden. Die Kombination aus vorgelagerter Finishbearbeitung und anschließender ta-C-Beschichtung führt im Vergleich zu konventionellen TiN- oder TiAlN- Beschichtungen zu verschleißbeständigen Schichten. Durch das Finishen wird insbesondere die Einlauffase im axialen Einlaufbereich verrundet. Dadurch wird das Material effektiver eingeebnet und die mechanische Belastung am Fasenübergang der Leiste reduziert. Daraus resultiert neben einer verbesserten Oberflächengüte auch ein verringerter Leistenverschleiß. Im Rahmen der Versuchsdurchführung stellte sich insbesondere die hohe Anzahl der Parameter heraus, mit der Einfluss auf den Führungsleistenverschleiß genommen werden konnte. Insbesondere beim Finishprozess existieren zahlreiche Einflussfaktoren, durch die die Gestalt der Leisten beeinflusst werden kann. Hierbei sind die verwendete Andrückrolle, die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstückes sowie der Druck, mit dem die Rolle gegen das Werkstück gedrückt wird, von übergeordneter Bedeutung. Insgesamt konnte eine technologisch und ökonomisch sinnvolle Strategie für die Feinbearbeitung von Hartmetall-Führungsleisten entwickelt werden. Die entsprechenden Erkenntnisse sind auch für andere Problemstellen nutzbar. Bezüglich der ta-C-Beschichtung konnten wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Es werden eine Schichtdicke von mindestens 4 µm und ein hoher sp3-Bindungsanteil benötigt, um eine gute Verschleißbeständigkeit zu erzielen. Eine genaue Kenntnis der Zusammenhänge von Schichteigenschaften und Verschleißverhalten war aufgrund der begrenzten Anzahl von Beschichtungsgängen noch nicht möglich. Allerdings liefern die Ergebnisse ausreichend viele Anknüpfungspunkte, um die gewonnenen Erkenntnisse im Rahmen eines Erkenntnistransferprojektes zu vertiefen und auf industrielle Problemstellungen zu übertragen. Bei der Auswertung der Bohrungsgüte konnten Zusammenhänge zwischen dem Führungsleistenverschleiß und der Oberflächenrauheit ermittelt werden. Diese erlauben allerdings noch nicht die Entwicklung eines empirischen Modells, das auf andere Bearbeitungsaufgaben übertragen werden kann. Losgelöst davon wurde die Belastung für die Führungsleiste anhand einer FEM-Simulation in Abhängigkeit der Gestalt nachgebildet. Hierbei wurde die positive Wirkung der Verrundung auf die mechanische Belastung und somit auf den Verschleiß nachgewiesen. Insgesamt wurden im Rahmen des Projektes zahlreiche Fragen wissenschaftlich bearbeitet. Die Abweichung von der ursprünglichen Projektplanung wurde durch die Hinzunahme anderer Inhalte kompensiert. Das Interesse der Industrieunternehmen aus diesem Anwendungsfeld an den erzielten Ergebnissen verdeutlicht die industrielle Relevanz der Thematik, so dass eine Weiterführung der Arbeiten im Rahmen eines Erkenntnistransferprojektes angestrebt wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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BTA-Tiefbohren hochlegierter Stähle – Eine Sache der Führung. In: WB - Werkstatt und Betrieb, 145 (2012) 6, S. 59-61
Abrahams, H.; Biermann, D.
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Finishen optimiert Führungsleisten für das BTA-Tiefbohren. In: MM Maschinenmarkt, 118 (2012) 7, S. 40-45
Abrahams, H.; Goeke, S.; Biermann, D.
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Angepasste Führungsleisten - Optimierung des tribologischen Verhaltens von Führungsleisten für das BTA-Tiefbohren. In: WT-online, 11 (2013)
D. Biermann, H. Abrahams, M. Fuß
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Optimization of Guide Pads for the BTA Deep Hole Drilling of High Alloyed Steels by Microfinishing. In: Production Engineering
Biermann, D.; Abrahams, H.; Goeke, S.
