Auswirkung der Schneidkanteneigenspannungen auf das Verschleißverhalten PVD-beschichteter Zerspanwerkzeuge

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Behrens; Professor Dr. Bernd Breidenstein
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389013280

Zerspanwerkzeuge werden seit Jahrzehnten mit dünnen Hartstoffschichten versehen, um ihre Verschleiß- und thermischen Eigenschaften bezüglich ihrer Lebensdauer zu verbessern. Neben der Schichtzusammensetzung und dem Schichtaufbau (Einfach-, Mehrlagen-, Multischichten) haben die prozessbedingten Eigenspannungen den größten Einfluss auf die resultierenden Werkzeugeigenschaften. Über eine in-Prozess-Variation der Abscheidungsbedingungen, insbesondere beim PVD-Prozess, gelingt es inzwischen, gezielte Eigenspannungstiefenverläufe für ein verbessertes Einsatzverhalten in die Schichten, bzw. den Schicht-Substrat-Verbund, einzustellen. Besondere Aufmerksamkeit verdienen hierbei die stark gekrümmten Oberflächen in der Schneidkante, da hier häufig die Initiierung des Verschleißes erfolgt. In diesem Werkzeugbereich liegen prozessbedingt andere Beschichtungsbedingungen als auf ebenen Flächen vor. Eine experimentelle Bestimmung der Schichteigenspannungen direkt in der Schneidkante ist mit den bisher angewandten Methoden nicht möglich. Die Raman-Spektroskopie bietet hier das Potenzial, über eine Kombination mit Röntgenbeugungsmethoden für solche ortsaufgelösten Messungen eingesetzt zu werden. Der erste Teil des Vorhabens beschäftigt sich mit der Vorbereitung des Raman-Verfahrens für Eigenspannungsmessungen an gängigen (Ti,Al)N-Schichten. Im zweiten Teil werden dann gezielt Zusammenhänge zwischen Schneidkanteneigenspannungen und dem Verschleißverhalten der Werkzeuge analysiert. Das Ziel des Vorhabens ist erreicht, wenn die Ursachen der Verschleißinitiierung verstanden sind und Empfehlungen für ein Schneidkanteneigenspannungsdesign gegeben werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Thilo Grove; Professor Dr. Francois Holtz, Ph.D.; Professor Dr. Jürgen Koepke