Verschleißverhalten von Schichtsystemen in der spanenden Bearbeitung von TiAl6V4

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin; Professor Dr.-Ing. Jan Hendrik Dege
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525159251

Aufgrund von zunehmender Rohstoffknappheit steigt die Nachfrage nach endkonturnahen Schlichtfräsprozessen für additiv gefertigte Bauteile aus TiAl6V4. Um eine hohe Wirtschaftlichkeit zu erzielen, liegt der Fokus auf der Steigerung der Schnittgeschwindigkeit, was mit hohen Werkzeugbelastung einhergeht. Eine Zunahme der Zerspanleistung kann durch den Einsatz von triboaktiven CrAlMoN-Hybridschichten herbeigeführt werden. Hierbei wird das direct current Magnetron Sputtering (dcMS) mit dem High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HPPMS) kombiniert. Im Vorgängerprojekt wurde beim Drehen der schwer zerspanbaren Titanlegierung TiAl6V4 das Oxidations- und Diffusions-, sowie das Einsatzverhalten von CrAlVN und CrAlMoN Physical Vapor Deposition (PVD)-Schichten auf Hartmetall untersucht. Hierbei wurde an der Schneidkante die Bildung reibungsmindernder Oxidphasen trotz Einsatz von Kühlschmierstoff nachgewiesen. Mit der CrAlMoN-Schicht konnte eine erhebliche Verbesserung der Standzeit erzielt werden, die erstmals die der als Stand der Technik eingesetzten unbeschichteten Substrate übertrifft. Zudem ist aus Vorarbeiten bekannt, dass der HPPMS-Leistungsanteil zu einer Reduzierung der Sichtliniencharakteristik sowie zu glatteren Oberflächen und höheren Schichthärten beiträgt. Bisher unbekannt ist, wie sich eine Steigerung des HPPMS-Leistungsanteils auf die Schichteigenschaften des CrAlMoN und die Werkzeugperformance in der Zerspanung von TiAl6V4 auswirkt. Zusätzlich sind die Zerspantemperatur in Schlichtfräsprozessen von TiAl6V4 sowie die Schädigungsmechanismen bisher nicht erforscht. Das übergeordnete Ziel des beantragten Forschungsvorhabens besteht im Transfer der im Vorgängerprojekt gewonnenen Erkenntnisse auf industrielle Anwendungsbereiche der drehenden und fräsenden Titanbearbeitung. Diese umfassen die Schichtherstellung und die Leistungsfähigkeit von CrAlMoN-Beschichtungen auf Hartmetallwerkzeugen, die bereits im Schlichtdrehen von TiAl6V4 unter Laborbedingungen eingesetzt wurden. Hierfür ist in Zusammenarbeit mit der Premium AEROTEC GmbH ein Transfer der bisherigen Drehversuche auf die industrielle Anwendung sowie ein Anwendungstransfer vom Drehen auf das Fräsen vorgesehen. Weiterhin soll mit der CemeCon AG ein Transfer des Abscheideprozess des Schichtsystems CrAlMoN auf eine Beschichtungsanlage mit erhöhtem HPPMS-Leistungsanteil, die Analyse der Schichteigenschaften und der Werkzeugperformance erfolgen. Zudem werden die eingesetzten Werkzeuge und bearbeiteten Bauteile umfangreichen Analysen zur Bestimmung von Schädigungsmechanismen, Diffusions- und Oxidationsprozessen unterzogen. Zusätzlich wird das initiale Verschleißverhalten unter Laborbedingungen untersucht und mittels eines Temperaturmessaufbaus die Temperatur der Werkzeugschneide während des Fräsens gemessen. Zusammen mit der Schwegler Werkzeugfabrik GmbH & Co. KG und der Karl-Heinz-Arnold GmbH werden geeignete Werkzeuggeometrien erarbeitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: CemeCon AG; Karl-Heinz Arnold GmbH; Premium AEROTEC GmbH; Schwegler Werkzeugfabrik GmbH & Co. KG