Milling of WC-Co-hardmetals
Final Report Abstract
Die Fräsbearbeitung von WC-Co Hartmetallen ist eine vielversprechende Alternative zu den bekannten Verfahren des Schleifens und des Erodierens. Durch eine geeignete Wahl der Prozessparameter und der Bearbeitungsstrategien kann eine gute Qualität der Bauteile sichergestellt werden. Es wurde nachgewiesen, dass WC-Co Hartmetalle unterschiedlicher Korngrößen und Binderanteile, die aktuell in der Industrie für den Stanz- und Presswerkzeugbau eingesetzt werden, mittels PKD-Werkzeugen unter Schrupp- bzw. Vorschlichtbedingungen fräsend bearbeitet werden können. Dabei wurde eine Parameterkombination mit einer für Hartmetall hohen Schnittgeschwindigkeit von vc = 140 m/min gefunden, die eine wirtschaftlich attraktive Bearbeitung ermöglicht. Untersuchungen zum Einfluss des Werkzeugs, des PKD-Schneidstoffes, der Prozesseinstellgrößen, der Bearbeitungsstrategien und der Hartmetalllegierungen auf die Beeinflussung der Werkstückrandzonen erlaubten einen genaueren Einblick in den Trennmechanismus, die Spanbildung und die lokale Randzonenbeeinflussung. Das Material wies dabei duktiles Werkstoffverhalten auf, was auch durch die Bildung von quasi-kontinuierlichen Spänen gekennzeichnet war. Es ließ sich bei der Bearbeitung von Hartmetall zwar ein hoher, durch Abrasion gekennzeichneter Verschleiß beobachten, dieser wies aber ein gutmütiges, vorhersehbares Verhalten auf. Hierbei konnte das Werkzeug ohne plötzliches Versagen bis zu einer vorher definierten Standzeit sicher eingesetzt werden, was für die Prozesssicherheit in der Industrie eine hohe Relevanz besitzt. Aufgrund der hohen Zerspankräfte, vor allem in Passivrichtung, muss eine Bearbeitung mit Maschinen und Aufnahmen erfolgen, die eine möglichst hohe Steifigkeit aufweisen, andernfalls ist mit erhöhtem Werkzeugverschleiß und schlechterer Oberflächenqualität zu rechnen. Die Randzonenveränderungen durch das Fräsen waren stets auf einen Bereich bis zu einer Tiefe von max. 10 µm beschränkt. Hierbei zeigte sich abhängig vom Verschleißzustand insbesondere eine Verdichtung der WC-Co Körner. Mikrohärtemessungen haben gezeigt, dass die Randzonenhärte nach dem Fräsen signifikant höher war, als vorher. Hierauf aufbauend wurde am IPMT eine Methode entwickelt, um den Eigenspannungszustand in WC-Co Hartmetallen nach der Fräsbearbeitung zu ermitteln. Erste Ergebnisse haben gezeigt, dass Druckeigenspannungen in die Randzone des Werkstoffes eingebracht wurden. Diese Erkenntnis kann voraussichtlich genutzt werden, um die Lebensdauer von Hartmetallbauteilen unter dynamischer Belastung signifikant zu steigern, da Druckeigenspannungen der Rissausbreitung im Bauteil entgegen wirken. Es gilt in zukünftigen Projekten den Einfluss der eingebrachten Eigenspannungen in das Bauteil näher zu untersuchen, da dieses Ergebnis ein sehr großes Potenzial bietet, die Eigenschaften der Werkstücke gezielt im Hinblick auf ihr Funktionsverhalten, z. B. den Widerstand gegen Rissausbreitung zu optimieren.
Publications
- HPC-Milling of WC-Co cemented carbides with PCD, in: Proceedings of the 19th Plansee Seminar, International Conference on Refractory Metals and Hard Materials, May 29 – June 2, 2017, Reutte/Austria
Hintze, W.; Steinbach, S.; Hertel, C.; Kähler, F.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2017.12.019) - HPC-Milling of WC-Co cemented carbides with PCD, in: Proceedings of the 19th Plansee Seminar, International Conference on Refractory Metals and Hard Materials, May 29 – June 2, 2017, Reutte/Austria
Hintze, W.; Steinbach, S.; Hertel, C.; Kähler, F.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2017.12.019) - HPC-milling of WC-Co cemented carbides with PCD, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Elsevier, 2018
Hintze, W.; Steinbach, S.; Susemihl, C.; Kähler, F.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2017.12.019) - Machinability and Process Performance in HPC-Milling of Sintered Tungsten Carbide, 67th CIRP General Assembly, Technical Report STC C - Cutting, Lugano (Switzerland), August 25th 2017
Hintze, W.; Steinbach, S.; Hertel, C.; Kähler, F.; Mai, T. N.
