PVD-Beschichtung galvanisch gebundener cBN-Schleifwerkzeuge zur Optimierung des Verschleiß- und Einsatzverhaltens für die Zerspanung von Nickel-Basis-Legierungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jan C. Aurich
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400814654

Ziel des beantragten Vorhabens ist die Reduzierung des Schleifscheibenverschleißes und die Steigerung des Zeit- und Zerspanvolumens beim Schleifen von Nickel-Basis-Legierungen mittels Beschichtungen. Nickel-Basis-Legierungen finden wegen ihrer hohen Warm- und Ermüdungsfestigkeit und ihrer guten Korrosionsbeständigkeit in hoch technisierten Bereichen wie z. B. in Turbinen und Triebwerken Anwendung. Die dabei erforderlichen Funktionsflächen mit geringen Rauheitswerten können oft nur durch eine schleifende Bearbeitung hergestellt werden. Das Schleifen von Nickel-Basis-Legierungen ist aber aufgrund ihrer thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften schwierig. Die Minimierung des auftretenden Schleifscheibenverschleißes zählt ebenso wie die Erzeugung anforderungsgerechter Oberflächen und Randzonen zu den Herausforderungen. Beim Schleifprozess entstehende Reibung zwischen Schleifscheibe und Nickel-Basis-Legierung führt zu mechanischem Verschleiß und die Reibungswärme begünstigt den chemischen und thermischen Verschleiß. Die Anwendung von Beschichtungen auf Schleifscheiben ist eine vielversprechende Methode, um den genannten Herausforderungen gerecht zu werden. Durch die Beschichtung wird die Reibung minimiert und Kornhaltekräfte gesteigert, womit ein größerer Spanraum durch eine Reduzierung der Belagsbindungsdicke möglich ist. Im Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Beschichtungsprozess- und den Prozessergebnisgrößen gibt es allerdings jedoch erheblichen Forschungsbedarf. Mit Durchführung des Vorhabens wird eine Verschleißreduzierung, eine Reibungsreduzierung sowie die Spanraumerhöhung und die damit verbundene Optimierung des Zeit- und Zerspanungsvolumens galvanisch gebundener cBN-Schleifscheiben beim Schleifen schwer zerspanbarer Werkstoffe durch PVD-Schichtsysteme erreicht. Um das Vorhaben zu realisieren, wird ein PVD-Schichtsystem entwickelt, welches die Kornhaltekräfte erhöht und die tribologischen Eigenschaften der Schleifscheibe verbessert. Der Spanraum soll durch eine reduzierte Einbetttiefe der cBN-Körner maximiert werden, was durch die Verstärkung der galvanischen Bindung mittels des PVD-Schichtsystems ermöglicht wird. Die Kornhaltekräfte werden dazu bei unterschiedlichen PVD-Schichtsystemen und Einbetttiefen untersucht. Die Vorteile des Einsatzes eines PVD-Schichtsystems werden durch den experimentellen Vergleich von beschichteten cBN-Schleifscheiben mit angepasstem Spanraum mit unbeschichteten cBN-Schleifscheiben ohne angepassten Spanraum beim Hochleistungsschleifen von Nickel-Basis-Legierungen validiert. Mit Abschluss des Vorhabens liegen beschichtete Schleifscheiben mit optimiertem Spanraum und damit mehr Raum für Kühlschmierstoff und Späne im Prozess vor. Als Folge wird das Zeit- und Zerspanungsvolumen beim Hochleistungsschleifen schwer zerspanbarer Werkstoffe ohne thermische Schädigung der Werkstückrandzone erhöht. Die Leistungsfähigkeit der Schleifscheibe und damit die Wirtschaftlichkeit des Prozesses werden gesteigert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen