Analyse und Modellierung der Prozesskette zur Herstellung von Bohr- und Gewindewerkzeugen aus pulvermetallurgisch erzeugtem Schnellarbeitsstahl

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann; Dr.-Ing. Monika Kipp; Professor Dr.-Ing. Sebastian Weber
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558600925

Die Qualität und Leistungsfähigkeit von Zerspanungswerkzeugen wird neben den Schneidstoffeigenschaften sowie der Makro- und Mikrogestalt der Schneidelemente auch durch die Oberflächen- und Randzoneneigenschaften des Substrates beeinflusst. Bei Werkzeugen aus pulvermetallurgisch erzeugtem Schnellarbeitsstahl (PM-HSS), wie z. B. Gewindebohrwerkzeugen, umfasst dies insbesondere die mikrostrukturell bedingten Eigenschaften. Um eine substantielle Verbesserung der Zerspanungswerkzeuge zu erzielen, ist es daher wesentlich, die gesamte Prozesskette und die Wechselwirkungen der Fertigungsschritte von der Substratherstellung, der Wärmebehandlung bis hin zur schleiftechnologischen Gestalterzeugung in die Optimierung einzubeziehen. Der Schleifprozess definiert zum einen die Gestalt, die Form- und Maßgenauigkeit des Werkzeuges und der Schneidelemente sowie die Oberflächenbeschaffenheit. Zum anderen werden bedingt durch das thermomechanische Lastkollektiv im Schleifprozess auch die Randzonenbeschaffenheit und die Mikrostruktur in Wechselwirkung mit der vorangegangenen Wärmebehandlung bestimmt. Der Schleifprozess ist dabei derart auszulegen, dass eine hohe Produktivität erzielt, gleichzeitig aber eine thermisch bedingte Schädigung vermieden wird. Für die Gesamtbetrachtung der Werkzeugherstellung muss daher ein grundlegendes Verständnis zur Entstehung und Veränderung der Randzonenbeschaffenheit in Abhängigkeit von den Formgebungsprozessen, der Wärmebehandlung und der schleiftechnologischen Endbearbeitung aufgebaut werden. Dabei ist zur effizienten Auslegung der Werkzeugherstellung ein Werkstückmodell zu initiieren, das die Veränderungen über die gesamte Prozesskette abbilden kann. Durch die Verknüpfung von Erkenntnissen aus den Schleifprozessen und entsprechenden Modellen zur thermomechanischen Belastung mit der Modellierung der Wärmebehandlungsprozesse ist es das Ziel, die Werkstoffeigenschaften unter Berücksichtigung der gesamten Herstellungskette einzustellen, Schädigungen und kritische Werkstoffveränderungen der Zerspanungswerkzeuge in der Herstellungsroute zu vermeiden, und so die Leistungsfähigkeit der Zerspanungswerkzeuge zu erhöhen. Als Demonstratoren für das geplante Forschungsvorhaben wurden zu diesem Zweck Bohr- und Gewindebohrwerkzeuge aus PM-HSS ausgewählt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2476: Prozessübergreifende Modellierung in der Produktionstechnik