Qualifizierung von Drehwerkzeugen aus nanopolykristallinem Diamanten für die Präzisionsbearbeitung

von Eckart Uhlmann, Mitchel Polte, Toni Hocke, Casey Polte, TU Berlin 10. November 2021
Messergebnisse zur Schneidkantenrundung rβ in Abhängigkeit der NPKD - Drehwerkzeugtypen
Die technische Relevanz von hartspröden Werkstoffen wie bspw. Hartmetallen nimmt aufgrund exponierter Werkstoffeigenschaften in einer Vielzahl von Anwendungen stetig zu.

Einleitung

Hierzu zählen insbesondere die Bereiche der Optik, der modernen Antriebstechnik sowie des Werkzeug- und Formenbaus. Durch spezifische Werkstoffeigenschaften wie eine hohe Härte H sowie eine hohe Festigkeit werden Hartmetallwerkstoffe aktuell insbesondere in Extremeinsatzgebieten verwendet, in denen hohe Anforderungen hinsichtlich Temperatur ϑ sowie Druck p bestehen. In den vergangenen Jahren ist die Nachfrage von hartspröden Werkstoffen deutlich angestiegen. China ist mit etwa 60% der Hauptabsatzmarkt, wobei 65% der Hartmetallerzeugnisse für Werkzeuge in der Metallverarbeitung verwendet werden. Unter anderem hat sich die Produktion von Hartmetallen in China vom Jahre 2000 mit 7.000t bis 2017 mit 28.000t erheblich gesteigert [1].

Der Einsatz von Wolframcarbid-Cobalt (WC-Co) - Hartmetallen hat sich aufgrund der oben aufgeführten Eigenschaften und der daraus resultierenden hohen Verschleißbeständigkeit für Zerspanwerkzeuge bereits etabliert. Allerdings zeigt dieser Werkstoff auch in anderen Bereichen, wie unter anderem als Replikationswerkzeug für Spritzgussformen, ein erhebliches Potenzial auf. Aufgrund der hohen Härte H der Hartmetallwerkstoffe ist die Herstellbarkeit der Spritzgussformen mittels spanender Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide, wie Fräs- und Drehprozesse, durch einen gesteigerten Werkzeugverschleiß charakterisiert und damit erheblich limitiert. Zum aktuellen Stand der Technik wurden bislang zahlreiche Ansätze in Forschungsarbeiten untersucht. Dazu gehören grundlegend der Einsatz von diamantbeschichteten Hartmetallwerkzeugen, superharten polykristallinen Schneidstoffen sowie monokristallinen Diamanten (MKD). Die bislang konventionell eingesetzten Schneidstoffe unterliegen jedoch einem exzessiven Werkzeugverschleiß bei der Hartmetallzerspanung oder benötigen Zusatzsysteme, z.B. zur ultraschallunterstützten Bearbeitung, woraus eine Reduzierung der Wirtschaftlichkeit resultiert.

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