Leistungssteigerung von pCBN-Drehwerkzeugen durch angepasste Schneidkantenmikrogeometrie

von Berend Denkena, Alexander Krödel und Arnd Heckemeyer, 01. Juni 2021
Abb 4: Werkzeugzustand laserpräparierter Schneiden nach 6 Minuten Einsatzzeit
Das volle Potenzial von Zerspanwerkzeugen wird ausgeschöpft, wenn Schneidstoff, Werkzeuggeometrie und Prozess aufeinander abgestimmt werden.

Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover erforscht die Auslegung und Herstellung der Schneidkantenmikrogeometrie von pCBN-Drehwerkzeugen. Neben der mechanisch-abrasiven Herstellung der Schneidkantenverrundung gewinnt die Laserablation als Methode zu Schneidkantenpräparation zunehmend an Bedeutung.

Einleitung

Polykristallines kubisches Bornitrid (pCBN) gilt neben Diamant als zweithärtester verfügbarer Schneidstoff. Durch die gleichzeitig hohe thermische und chemische Stabilität wird dieser Schneidstoff vornehmlich bei der Zerspanung von gehärteten Stählen oder von Nickelbasislegierungen eingesetzt [1]. Neben den Schneidstoffeigenschaften wird die Leistungsfähigkeit eines Zerspanwerkzeuges im Wesentlichen durch die Werkzeuggeometrie beeinflusst. Hierzu sind am Markt bereits zahlreiche Varianten von Werkzeuggeometrien verfügbar, die eine auf den Anwendungsfall angepasste Bearbeitung ermöglichen. Neben den Wendeschneidplattenformen sind auch Frei- und Spanwinkel sowie Eckenradien durch den Anwender in Grenzen frei wählbar. Zusätzlich zur Werkzeugmakrogeometrie bestimmt auch die Mikrogeometrie der Schneidkante über die Performance des Werkzeugs. Als Schneidkantenmikrogeometrie wird der Bereich des Werkzeugs bezeichnet, bei dem der effektive vom nominellem Spanwinkel abweicht [2]. Durch die gezielte Auslegung der Schneidkantenmikrogeometrie lassen sich die Potenziale des Werkzeugs sowie des Zerspanprozesses erheblich steigern. Dem zugrunde liegen zum einen die Beeinflussung der Spanbildung selbst und zum anderen die Verteilung der thermischen und mechanischen Lasten entlang der Schneidkante [3–5]. Die für den Einsatz als Zerspanwerkzeug vorteilhaften Eigenschaften von pCBN limitieren jedoch die Möglichkeiten hinsichtlich der gezielten und prozesssicheren Herstellung von Schneidkantenmikrogeometrien. Die Lasermaterialbearbeitung mittels Kurz- und Ultrakurzpulslasern bietet als berührungsloses und nahezu verschleißfreies Verfahren ein hohes Potenzial die Schneidkantenverrundung hochharter Schneidstoffe zu erzeugen [6–8]. Bedingt durch die Wirkmechanismen der Laserablation können in Abhängigkeit der energetischen Prozessstellgrößen thermische und chemische Schädigungen des pCBN‘s auftreten, die zu einer Leistungsminderung des Schneidstoffs führen können. Folglich müssen zur Bereitstellung einer auf den Prozess angepassten Schneidkantenmikrogeometrie sowohl die Effekte der Größe der Schneidkantenverrundung als auch die Effekte des Herstellungsverfahrens berücksichtigt werden.

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