Simulationsoptimierte PVD-Beschichtungen für die spanende Trockenbearbeitung

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Breidenstein; Dr.-Ing. Holger Hoche
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258383513

Die Beschichtung von Zerspanwerkzeugen mittels PVD-Hartstoffschichten (Physical Vapour Deposition) erhöht die Standzeit und die Produktivität signifikant. Die thermische Barrierewirkung derartiger Schichten und die Reduzierung des Reibbeiwerts ermöglichen in vielen Fällen den Verzicht auf Kühlschmierstoffe. Mittels für die Zerspanaufgabe individuell abgestimmter PVD-Schichten lassen sich Eigenschaften wie Härte, Oxidationsbeständigkeit, Reibbeiwert und Diffusionsneigung durch die gezielte Einstellung von Schichtmaterial und Syntheseparametern beeinflussen.Die Anforderungen an diese Beschichtungen variieren entsprechend der durchzuführenden Zerspanaufgabe und werden durch das zu zerspanende Material, die Zerspanparameter und die Geometrie des Zerspanwerkzeugs beeinflusst. Eine konventionelle Entwicklung eines Beschichtungssystems für eine Zerspanaufgabe umfasst heute eine Vielzahl von Versuchsreihen mit aufwendigen experimentellen Parameterstudien. Besonders die Untersuchung des Zerspanverhaltens in Praxisversuchen verursacht einen erheblichen Zeit-, Ressourcen- und Kostenaufwand.Das Ziel des beantragten Forschungsprojekts ist die Zeit- und Funktionsoptimierung des Entwicklungsprozesses von Zerspanwerkzeugen mit PVD-Hartstoffschichten für die Trockenbearbeitung durch den Einsatz von FE-Simulationen, die das Zerspanverhalten beschichteter Werkzeuge abbilden. Dazu sind grundlegende konzeptionelle Studien zur simulationsunterstützten Synthese von Schichtsystemen auf Basis von CrAl(X)N für Werkzeuge zur Trockenbearbeitung vorgesehen. Die Verschleißsimulation mit Bauteil-Werkzeug-Kontakt wird dabei um das Schichtsystem ergänzt. Die Vorgaben an die Schichteigenschaften werden durch gezielte Anpassung der Syntheseparameter umgesetzt und experimentell verifiziert. Aus der Interaktion zwischen FE-Simulation, Synthese von PVD-Schichten, Charakterisierung von Eigenschaftsprofilen sowie Zerspanuntersuchungen zur Verifikation wird der Entwicklungsprozess von Schichtsystemen signifikant optimiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen