Cutting edge preparation of ultra-hard cutting materials
Final Report Abstract
Die Lasermaterialbearbeitung stellt bei der Erzeugung von Schneidkantenmikrogeometrien an hochharten Schneidstoffen eine Alternative zu konventionellen mechanischen Bearbeitungsverfahren dar. Dabei konnte zunächst gezeigt werden, dass bei geeigneter Auswahl der Laserparameter eine gegenüber dem Ausgangszustand nahezu unveränderte Schneidstoffintegrität (hinsichtlich Härte und Eigenspannung) erreicht werden kann. Der größte Einfluss auf das Abtragsverhalten geht bei der Laserablation von der Laserpulsdauer aus. Erwartungsgemäß ist eine geringere Laserpulsdauer hinsichtlich der resultierenden Materialeigenschaften vorteilhaft. Bei definierter Laserpulsdauer wird das Ablationsverhalten maßgeblich durch die Flächenfluenz FA sowie die Einzelpulsfluenz Fp bestimmt. Insbesondere bei der Anwendung von ns-Laserquellen ist hierbei der Einsatz einer hohen Einzelpulsfluenz (Fp > 3 J/cm²) vorteilhaft, um ein weniger durch Schmelzdefekte geprägtes Abtragsverhalten zu erzielen. Die Überschreitung gewisser energetischer Grenzen führt zu einer randzonennahen Umwandlung des cBN zu hBN oder B2O3 und resultiert in einer Abnahme der Schneidstoffhärte. Hinsichtlich der Prozessführung zur Erzeugung von Schneidkantenmikrogeometrien wurde eine Methode erarbeitet, die sowohl eine gegenüber gebürsteten Schneidkanten vergleichbare Schneidkantenqualität ermöglicht wie auch eine geringe Hauptzeit (tLaser = 16 – 30 s) aufweist. Mittels der dargelegten Methode ist es möglich beliebige Schneidkantenmikrogeometrien innerhalb der Randbedingungen K ≥ 1 sowie Sα/Sγ > 10 µm herzustellen. Die erarbeiteten Erkenntnisse wurden eigensetzt, um den Einfluss der Laserpräparation auf das Einsatzverhalten von PCBN-Werkzeugen zu ermitteln. Hierbei zeigte sich, dass durch geeignete Auswahl der Laserparameter und einem daraus resultierenden geringen Abfall der Schneidstoffhärte ein gegenüber Referenzwerkzeugen vergleichbares Verschleißverhalten erreicht wird.
Publications
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(2017): Schneidkantenmikropräparation an pCBN-Werkzeugen mittels Kurzpulslaser, Diamond Business, Ausgabe 3/2017, S. 54-64
Denkena, B., Grove, T., Krödel, A.
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(2018): Increased performance in high speed turning of Inconel 718 by laser structuring of PcBN tools, 8th CIRP Conference on High Performance Cutting (HPC 2018), Procedia CIRP 77 (2018), S. 602-605
Denkena, B., Grove, T., Krödel, A., Ellersiek, L.
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(2018): Influence of pulsed laser ablation on the surface integrity of PCBN cutting tool materials, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, S. 1 - 12
Denkena, B., Krödel, A., Grove, T.
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(2018): Laserpräparation von Schneidkantenmikrogeometrien an pCBN-Werkzeugen, Diamond Business, Ausgabe 4/2018, S. 58-64
Denkena, B., Grove, T., Krödel, A.
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(2019): Influence of hexagonal phase transformation in laser prepared PCBN cutting tools on machining Inconel 718, Metal Powder Report
Breidenstein, B., Grove, T., Krödel, A., Sitab, R.
