Kubische Bornitrid-Beschichtungen auf Zerspanungswerkzeugen für die Drehbarbeitung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die cBN-Schichteigenschaften sind sehr vielversprechend und können bisher von keiner anderen Beschichtung erbracht werden. Durch Anpassung der Einzelschichtdicken sowie der Wericzeuggeometrie konnte das cBN-Schichtsystem zur Anwendung als Zerspanwerkzeugbeschichtung optimiert werden. Konzepte, geeignete Hartstoffzwischenschichten einzusetzen, bieten ein hohes Potenzial hinsichtlich der Steigerung der Anwendungsreife von cBN-Beschichtungen auf Werkzeugen für die Hartzerspanung. In Modellverschleißuntersuchungen konnte eine hohe Beständigkeit gegen Abrasion, Adhäsion und Oberflächenzerrüttung für cBN-beschichtete Werkzeuge nachgewiesen werden. Besonders für die Adhäsionsuntersuchungen mit dem Kontaktpartner Inconel 718 konnte eine signiflkante Überlegenheit von cBN-Beschichtungen aufgezeigt werden, welche sich auch in späteren Zerspanversuchen mit dieser Nickelbasislegienjng wieder flndet. Femer konnte in Abrasionsversuchen das Potenzial von cBN-Mehriagenschichtsystemen detektiert werden. Anhand der Zerspanuntersuchungen an verschiedenen Stählen, einem Sphäroguss und einer Nickelbasislegierung konnte gezeigt werden, dass eine cBN-Werkzeugbeschichtung aufgrund ihrer hohen Härte und Temperaturbeständigkeit ein großes Potenzial für die Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen aufweist. Ein hoher Widerstand gegen mechanischen Verschleiß bei gleichmäßigem Verschleißfortschritt konnte für die Bearbeitung der getesteten Wericstückwerkstoffe beobachtet werden. Mit cBN-beschichteten Wericzeugen konnten beispielsweise beim Hartdrehen von X40CrMoV5-1 bei einer Schnittgeschwindigkeit von Uc = 100 m/min Standzeiten von über 25 Minuten erreicht werden. Die Zerspanversuche an Inconel 718 zeigten, dass mithilfe der cBN-ßeschichtung eine Erhöhung der Standzeit auf bis zu 15 Minuten, im Vergleich zu sieben Minuten mit der TiAINReferenzbeschichtung. möglich ist. Des Weiteren wurden die Zerspankräfte bei der BeartDeitung miteinander verglichen. Eine wichfige Ericenntnis ist, dass die cBN-beschichteten Wericzeuge niedrigere Zerspankräfte aufweisen. Die Versuchsergebnisse weisen auf das große Potenzial der cBN-Schichten für die Bearbeitung hochwarmfester Wericstoffe hin. Die Bewertung der Leistungsfähigkeit des Schichtsystems beim Fräsen erfolgte an einem gehärteten Kaltarbeitsstahl X210Cr12. Bei einer Schnittgeschwindigkeit von Vc = 70 m/min konnte mithilfe der cBN-Beschichtung eine Standwegveriängerung von ca. 70 % gegenüber einer TiAIN-Referenzbeschichtung erzielt werden. Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass eine cBN Wericzeugbeschichtung auf Hartmetall für die Zerspanung im konfinuieriichen sowie im unterbrochenen Schnitt von gehärteten Stählen und Gusseisen sowie hochwamifesten Wericstückmaterialien geeignet ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Gabler. J.; Bewilogua, K.; Biehl, S.; Brand, J.; Höfer, M.; Keunecke, M.; Schäfer, L.; Thomsen, H.; Weber. M.: Tool coatings - New Developments for Forming, Cutting and Abrasive Machining. Society of Vacuum Coaters (SVC), Society of Vacuum Coaters, Technical Conference Proceedings, 1991-2007 Albuquerque, Society of Vacuum Coaters, 2007, S. 608-615
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Keunecke, M.: Entwicklung und Applikationstests von Bor-basierten Schichtsystemen für Werkzeuge in der Trockenbearbeitung. Dissertation Technische Universität Braunschweig, 2007
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Uhlmann, E.; Fuentes, J.A.O.; Herter, S.; Keunecke, M.: Entwicklung und Einsatz von cBN-Dünnschichtsystemen für die Zerspanung gehärteter Stähle. 3D-Erfahrunfsforum - Innovation im Werkzeug- und Formenbau. München, 30.-31.05.2007, S. 19-1 - 19- 13
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Uhlmann, E.; Fuentes, J.A.O.; Keunecke, M.: Einsatz cBN-beschichteler Wericzeuge für die Bearbeitung von schwer zerspanbaren Materialien. Diamond business, 4. Heft 2007. S. 36-41
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Uhlmann, E.; Fuentes, J.A.O.; Keunecke. M.: CBN Coatings for High Performance Cutting Tools. 7th. Intemational Conference on High Speed Machining Proceedings, Darmstadt, 28.-29.05.2008, S. 217-222
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Uhlmann, E.; Fuentes, J.A.O.; König. J.: Superhard Cutting Tool Coatings: CVD diamond and PVD cBN, 6th. Intemational Conference - The Coatings 2007, Hannover. 25.-26.10.2007, S. 65-74
