Grundlagenuntersuchungen zum Einfluss der Mikrogeometrie der Schneide von plasmageschärften diamantbeschichteten Hartmetallmesser bei der Bearbeitung von Weichhölzern und beschichteten Spanplatten
Final Report Abstract
Der Vorteil einer bedeutend höheren Standzeit von Diamantschneidstoffen gegenüber Hartmetallen kann bislang nicht für Holzwerkstoffe mit empfindlichen Beschichtungen und insbesondere für Weichholz genutzt werden /Jen94/, da der für die Stabilität des Diamantschneidkeils erforderliche Keilwinkel im Bereich zwischen 65° > ß > 75° sehr hohe Zerspankräfte bedingt, wodurch eine starke Zelldeformation verursacht wird bzw. Ausbrüche im Beschichtungswerkstoff entstehen. Einen Ansatz zur Lösung dieses Problems bieten diamantbeschichtete und plasmageschärfte Hartmetallmesser. Mit der aktiven Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Desposition - CVD) von Diamantschichten auf Hartmetall wurde ein alternatives Verfahren zur Diamantsynthese zur Industriereife entwickelt, das zusammen mit einem Plasmabearbeitungsverfahren, gewissermaßen ein „Schärfen" der durch das Beschichten verrundeten Schneidkeilspitze erlaubt. Dadurch werden in Verbindung mit neuen Erkenntnissen zur Stabilisierung des Schneidkeils völlig neue Möglichkeiten eröffnet. Solche Messer, die bereits zur Bearbeitung von Aluminiumwerkstoffen eingesetzt werden, können mit einem sehr schlanken Schneidkeil ausgestaftet werden, wodurch wiederum größere Spanwinkel gewählt werden können, die einerseits zu einer Verringerung der Kräfte führen und andererseits eine verbesserte Bearbeitungsqualilät ermöglichen /Tr-Ma-2004/. Geringere Zerspankräfte vermindern die Neigung zum Keilbruch des in der Regel sehr teuren und bruchanfälligen Diamantwerkzeugs. Schwerpunkt des Forschungsvorhabens war die Untersuchung des Einflusses der Mikrogeometrie des Schneidkeils (Stabilisierungsfläche eben oder gekrümmt, Mikrokeil- und Mikrofasenwinkel, Fasenbreile, Span- und Freiwinkel) von plasmageschärften CVD-diamantbeschichleten Hartmetall-Werkzeugen hinsichtlich Bearbeitungsqualität und Schneidkeilstabilität (Ausbruchverhalten der Schneidkeilspitze beim Auftreffen auf silikatische Partikel in Holzwerkstoffen bzw. einen harten und losen Ast bei der Weichholzbearbeitung). Dabei spielt neben den Beschichtungs- und Plasmaschärfbedingungen auch die Ausgangsgeometrie des zu behandelnden Messers (scharf geschliffen oder bereits mit einem Radius versehen) eine ausschlaggebende Rolle. Eine Verrundung der Schneide vor der Diamanlabscheidung gehört im Bereich der Aluminiumzerspanung bereits zum Stand der Technik. Die bisher nur geringfügig vorliegenden Erkenntnisse, insbesondere über den Einfluss des Verrundungsradius ließen sich aber bei weitem nicht auf die Zerspanung von Weichholz und Holzwerkstoffen übertragen. Letztendlich sind die Einflüsse der Geometrie des zu beschichteten Hartmetallmessers wie - Keilwinkel (im Zusammenhang mit dem Span- und Freiwinkel), - Vorbehandlung der Keilflächen (Ausgangsschartigkeit) und deren Rauheit, - der Mikroverrundung der Schneidkeilspitze des Hartmetallsubstrats, - Diamantschichtdicke, der Geometrie von Stabilisierungsfasen wie - Fasenwinkel und Fasenbreile, - ebene und verrundele Fasenflächen, - Schichtdicke, - der gezielt herbeigeführten Verrundungsradien an den fertigen Schneiden sowie - der konkreten Beschichtungs- und Plasmaschärfbedingungen hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Schneidenschartigkeit, die Bearbeitungsqualität, den erreichbaren Standvorschubweg, die am Schneidkeil angreifenden Kräfte und die Bruchanfälligkeil der Diamantschicht und Stabilität des Schneidkeils beim Auftreffen des Schneidkeils auf harte Äste bzw. silikatische Partikel untersucht und verifiziert worden.
