Binderloser nanopolykristalliner Diamant (NPKD) als Schneidstoff für die Präzisionszerspanung von Wolframcarbid-Cobalt

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446389511

Mit guten Härte- und Festigkeitseigenschaften sowie sehr guten Verschleißeigenschaften wird Hartmetall industriell für die Herstellung von Stanzformen, Spritzgusswerkzeugen und Schneidwerkzeugen eingesetzt. Hartmetalle sind den hart-spröden Werkstoffen zuzuordnen und werden vorwiegend mit geometrisch unbestimmter Schneide durch das Verfahren Schleifen bearbeitet. Eine Bearbeitung mit dem Dreh- oder Fräsprozess ist bislang schwierig, bietet jedoch die Möglichkeit einer effektiveren Bearbeitung und einer höheren Geometriekomplexität. Limitierender Faktor bei der spanenden Bearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide ist der Werkzeugverschleiß. Innerhalb dieses Forschungsvorhabens wird für die spanende Bearbeitung von Hartmetall mit geometrisch bestimmter Schneide ein neuer Schneidstoff bestehend aus nanopolykristallinem Diamant (NPKD) eingesetzt. Aufgrund seiner Struktur kann der Schneidstoff eine mit monokristallinem Diamanten (MKD) vergleichbare Härte H erzielen ohne dessen Nachteile, wie Anisotropie, zu teilen. Aufgrund der Diamantpartikel mit Partikeldurchmessern im Bereich 10 nm ≤ dk ≤ 50 nm und der fehlenden Bindephasen besitzt NPKD eine sehr hohe Verschleißfestigkeit und verspricht eine effizientere Zerspanung schwer zerspanbarer Werkstoffe, wie Hartmetalle, im Vergleich zu anderen Schneidstoffen.Um diesen Schneidstoff gezielt für die Hartmetallzerspanung einsetzen zu können, müssen grundlegende Erkenntnisse zum Zerspanverhalten von Wolframcarbid-Cobalt (WC-Co), dem Prozessverhalten von NPKD beim Drehen und Fräsen sowie deren Wechselwirkung erarbeitet werden. Dazu werden fundierte Kenntnisse zu den Verschleißformen und relevanten Prozessgrößen, wie den aus dem Prozess resultierenden Oberflächenrauheitskennwerten und den Prozesskräften Fpr, erarbeitet, weiterhin werden Finite-Elemente-Simulationen zur Beschreibung der mechanischen Wechselwirkung zwischen dem Werkzeug und Werkstück entwickelt. In einer ersten Förderphase über 24 Monate werden dazu die Grundlagen beim Drehen und der Prozesssimulation erarbeitet. In der zweiten Förderphase, welche ebenfalls mit 24 Monaten kalkuliert wird, werden diese Erkenntnisse auf den Fräsprozess übertragen und abschließend grundlegende Anwendungsbereiche für den Ultrapräzisionsdreh- und den Ultrapräzisions-fräsprozess mit NPKD definiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen