Entwicklung von Bohrwerkzeugen mit eingelöteter Keramikschneide
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens konnte das Einsatzverhalten von gelöteten Keramik-Hartmetall-Verbund Werkzeugen, die eine Kurzlochbohrbearbeitung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten von Bohrungen mit geringeren Durchmessern ermöglichen, erfolgreich nachgewiesen werden. Das resultierende Bearbeitungsergebnis wird hierbei maßgeblich durch die Auswahl und Abstimmung der Fügepartner auf den jeweiligen Anwendungsfall bzw. den zu zerspanenden Werkstoff bestimmt. Im Hinblick auf die Schneidkeramik wurde für diesen Anwendungsfall, d. h. die Bearbeitung des lamellaren Gusseisens EN-GJL-300, das beste Prozessergebnis bei Verwendung einer mit Yttriumoxid dotierten Siliziumnitridkeramik erzielt. In weiteren Untersuchungen zur Zerspanung des lamellaren Gusseisens wurde der Einfluss der Schlitzform und einer Werkzeugbeschichtung (Multilayer-PVD-Beschichtung, TiB2-TiBN-TiN) betrachtet. Durch die Werkzeugmodifikationen konnte der Werkzeugverschleiß und das Standzeitverhalten verbessert werden. Zudem konnten durch die Applikation der Mehrlagenbeschichtung die Oberflächenkennwerte sowie die Maß- und Formtoleranzen weiter verringert werden. In weiteren Einsatzversuchen wurde das gegenwärtige Potential der Verbundwerkzeuge mit einem industriell verbreiteten Vollhartmetall Werkzeug gegenübergestellt. Hierbei zeigen sich mit Blick auf den Werkzeugverschleiß und die resultierende Bohrungsqualität die Vorteile des Einsatzes einer Hochleistungskeramik als Schneidteil bei hohen Schnittgeschwindigkeiten. Während das Verbund Werkzeug am Schneidteil bestehend aus einer beschichteten Hochleistungskeramik einem kontinuierlichen Verschleißfortschritt unterliegt, weist das Vollhartmetallreferenzwerkzeug große Ausbrüche auf der Spanfläche und im Bereich der Schneidenecke auf. Diese gehen direkt mit einer Reduzierung der Durchmesser- und Rundheitstoleranzen der Bohrungen einher. In ergänzenden Untersuchungen erfolgte eine Gegenüberstellung mit einem Vollhartmetallbohrer unter Verwendung einer Innenkühlung und angepassten Schnittdaten. Die Wahl der angepassten Schnittdaten erfolgte auf Empfehlung des Werkzeugherstellers und orientierte sich an dem industriellen Einsatz dieses Referenzwerkzeuges. Unter Berücksichtigung der Verwendung einer Innenkühlung zeigte sich trotz gesteigerter Vorschubgeschwindigkeit ein deutlich geringerer Werkzeugverschleiß. Die hohe Performance dieser Vollhartmetallbohrer, begründet durch die langjährige Weiterentwicklung dieser Werkzeuge, lässt gegenwärtig somit keine Produktivitätssteigerung durch den Einsatz von Keramik-Hartmetall-Verbundwerkzeugen für diesen Anwendungsfall zu. Potentielle Anwendungsfelder dieser entwickelten Keramik-Hartmetall-Verbundwerkzeuge liegen daher in der Bearbeitung von Werkstoffen, wie z. B. Superlegierungen, bei denen Vollhartmetallwerkzeuge frühzeitig an ihre Grenzen stoßen. Die Vorteile von Schneidkeramiken gegenüber alternativen Schneidstoffen konnten bei anderen Fertigungsverfahren wie z. B. beim Drehen bereits nachgewiesen werden.
Publications
- Active brazed ceramic cemented carbide compound drills for machining lamellar graphite cast iron. Production Engineering - Research and Development, June 2014, Volume 8, Issue 3, pp 365–372
D. Biermann, M. Kirschner, H. J. Maier, F.- W. Bach, K. Möhwald, J. Schaup
(See online at https://doi.org/10.1007/s11740-014-0547-x) - Verbundbohrwerkzeug vereint Eigenschaftsvorteile der Fügepartner. Forum Schneidwerkzeug- und Schleiftechnik, (2014), S. 102-109
D. Biermann; M. Kirschner; H. J. Maier; F.- W. Bach; K. Möhwald; J. Schaup
