Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualitäts- und Leistungssteigerung für die Bohrungsfeinbearbeitung mittels lokal angepasster Schneidkantenmikrogestalt durch gezielte Schichtvor- und -nachbehandlung am Beispiel von Reibwerkzeugen

Die Leistungsfähigkeit von VHM-Zerspanwerkzeugen kann durch gezielte Werkzeugpräparation vor und nach der Beschichtung erheblich gesteigert werden. Vor allem in Schneidenbereichen mit kleinen Verrundungen, wo sich die Beschichtung nicht optimal anlagern kann, ruft die Schichtnachbehandlung oftmals lokale Abplatzungen der Beschichtung hervor. Bei Werkzeugen für die Bohrungsfeinbearbeitung wie z.B. Mehrschneidenreibahlen, die Schneiden mit einer geringen Kantenverrundung erfordern und unterschiedliche Anforderungen an Haupt- und Nebenschneide aufweisen, besteht noch erheblicher Forschungsbedarf. Diesem soll im Projekt durch Untersuchungen zur Erreichung einer lokal auf den Zerspanprozess abgestimmten Schneidkantenmikrogestalt im Zusammenhang mit einer angepassten Schichtvor- und -nachbehandlung begegnet werden, um daraus Handlungsempfehlungen für die Gestaltung optimierter Prozessketten abzuleiten. Berücksichtigt werden dabei die Verrundungsgröße an Haupt- und Nebenschneide, der Formfaktor sowie die Eingriffsverhältnisse. Darauf aufbauend werden der Einfluss der Beschichtung und der Schichtnachbehandlung einschließlich der Möglichkeit des Schärfens der Schneide nach der Beschichtung mittels Laser untersucht.

Ziel ist es, durch die lokal variierende Mikrogestalt eine Erhöhung der Standzeit bei verbesserter Bohrungsqualität zu erreichen.

Mit der Erweiterung des Prozesswissens werden insbesondere werkzeugherstellende KMU befähigt, leistungsfähigere Präzisionswerkzeuge zu entwickeln und ihr Produktportfolio um hochwertige Werkzeuge für innovative Anwendungen (Automobilbau, Energietechnik usw.) zu erweitern. Bei Werkzeuganwendern, z.B. KMU der Zulieferindustrie, werden durch gleichbleibend hohe Bauteilqualität, höhere Schnittwerte sowie die Reduzierung verschleißbedingter Werkzeugwechsel ebenfalls positive wirtschaftliche Effekte erreicht, was letztlich sowohl bei Werkzeugherstellen als auch -anwendern zur Steigerung der Innovationskraft am Standort Deutschland beiträgt.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurden fundierte Erkenntnisse hinsichtlich des Einflusses einer lokal angepassten Schneidkantenmikrogestalt bei Mehrschneidenreibahlen (MSR) auf deren Leistungsvermögen im Zerspanprozess erarbeitet. Die Ergebnisse belegen, dass die Verfahren Schleppschleifen und Druckluft-Nassstrahlspanen auf Basis der jeweils erarbeiteten Technologien dazu geeignet sind, die als optimal ermittelte Größe der Schneidkantenverrundung von 10 µm definiert herzustellen. Die entsprechenden Versuchsmuster (MSR) haben ihr hohes Leistungspotenzial beim Reiben in 42CrMo4+QT unter Beweis gestellt. Zur Verbesserung des Spanbruchs wurde der Vorschub auf f = 2,2 mm/U erhöht. Deutlich wurde, dass der Initialzustand der Bohrungsoberfläche und deren Randzone (gebohrt oder gerieben) einen signifikanten Einfluss auf den Spanbruch hat. Der positive Effekt von Schneidkantenpräparation, Beschichtung und Schichtnachbehandlung bei MSR zeigte sich dadurch, dass nach einem Reibweg von Lf = 60 m nur ein minimaler Werkzeugverschleiß messbar war (VBmax = 50 µm). Weitere Vorteile konnten anhand der Bohrungsgüte gegenüber der schliffscharfen Referenz erarbeitet werden.

Mit Abschluss des Projektes stehen einem breiten Anwenderkreis sowohl Werkzeugherstellern als auch der Anwenderindustrie für die Bohrungsfeinbearbeitung optimierte MSR (d = 8,7/ 8,9 und 9,1 mm) zur effektiven Bearbeitung von 42CrMo4+QT zur Verfügung. Sie zeichnen sich durch eine TiAlN-basierte-Verschleißschutzschicht in Verbindung mit einer geeigneten Schichtvor- und -nachbehandlung aus. Im Ergebnis wurden Handlungsempfehlungen erarbeitet, die die Wissensbasis für die Prozessauslegung und Werkzeuggestaltung erweitern und wichtige Impulse für die Neu- und Weiterentwicklungen innovativer Werkzeug- und Technologiekonzepte liefern. Damit wurde die Aufgabenstellung zur Erweiterung des Prozessverständnisses und zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit bei der Werkzeugherstellung und -anwendung, insbesondere für KMUs, erfüllt.