Vermeidung des kohäsiven Versagens PVD-beschichteter Hartmetall-Zerspanwerkzeuge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 36372457

Im geplanten Vorhaben sollen mit röntgenographischen Methoden (Streuvektorverfahren, sin2(-Verfahren) kontinuierliche Eigenspannungstiefenverläufe über Schicht und Substratrandzone von PVD-beschichteten Hartmetall-Wendeschneidplatten bestimmt werden. Basierend auf den Eigenspannungszuständen von Schicht und Substrat werden die Werkzeuge klassifiziert. Mit den Werkzeugen aus den unterschiedlichen Klassen werden Einsatzversuche gefahren. Auf diese Weise können Abhängigkeiten von Eigenspannungszustand und kohäsivem Versagen aufgezeigt werden, die dazu beitragen, das vorgeschlagene Modell zu komplettieren. Auf der Basis dieser Experimente wird es möglich sein, einen idealen Eigenspannungszustand über Schicht und Substratrandzone zu definieren, bei dem kein kohäsives Versagen auftritt. Zum Verständnis der Genese der Eigenspannungen wird nach jedem Fertigungsschritt vom Sintern des Hartmetalls bis zum fertigen Werkzeug der Eigenspannungszustand bestimmt. Die Auswirkungen der einzelnen Prozessschritte auf den jeweils vorangegangenen sowie auf das fertige Werkzeug können so dokumentiert werden. Hierzu ist zunächst eine Ist-Analyse erforderlich, d. h. es müssen die z. Zt. in der industriellen Praxis angewandten Prozesse zur Fertigung beschichteter Hartmetall- Wendeschneidplatten betrachtet werden. Dazu ist eine enge Kooperation mit industriellen Fertigern notwendig und geplant. Anschließend werden Parametervariationen der Vorbehandlungsprozesse in definierten Prozessfenstern vorgenommen, um den zuvor durch die Einsatzversuche ermittelten Eigenspannungszustand des Werkzeugs einzustellen, bei dem das kohäsive Versagen möglichst selten auftritt. Alle unterschiedlich vorbehandelten Werkzeuge werden von einem industriellen Beschichter mit einer gängigen Beschichtung (TiAlN) versehen. Erst wenn alle Zusammenhänge zwischen Substratvorbehandlung und Beschichtungsprozess verstanden sind, soll der Beschichtungsprozess variiert werden, um den vom Modell vorhergesagten idealen Eigenspannungszustand in Substrat und Schicht einstellen zu können. Begleitende Zerspanversuche sollen zeigen, dass bei den neuen Werkzeugen kein kohäsives Versagen mehr auftritt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen