Beschichtungstechnik

Die Herausforderungen beim Zerspanen von Leichtbauwerkstoffen wie CFK und GFK sind der hohe Werkzeugverschleiß und die werkstoffspezifischen Bearbeitungsfehler. Der hohe Werkzeugverschleiß begründet sich in der stark abrasiven Wirkung der Fasern und dem Werkstoffübertrag auf die Werkzeugoberfläche. Dies wirkt sich negativ auf die Standzeit der Werkzeuge und die Kantenqualität des Werkstückes aus.

Durch dünne Schichten, mit denen inzwischen der Großteil der Zerspanwerkzeuge veredelt wird, kann die Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig zähem Grundkörper erhöht werden. Dies geschieht beispielsweise indem mehrere Hartstoffschichten aus Titancarbid, Titannitrid, Titancarbonitrid, Aluminiumoxid, Titanaluminiumnitrid, Chromnitrid oder Zirkoncarbonitrid durch PVD-, CVD- oder PACVD-Verfahren abgeschieden werden. Darüber hinaus existiert eine Vielzahl neuer Entwicklungen, wie z. B. metallhaltige Molybdändisulfid-Beschichtungen, CVD-Diamantschichten und amorphe Kohlenstoffschichten DLC (diamond like carbon).

Zu den Vorteilen der Hartstoffbeschichtungen bei der CFK- und GFK-Zerspanung gehören die hohe Verschleißfestigkeit, die Senkung der Bearbeitungskräfte und die höhere Standzeit bzw. höhere erreichbare Schnittgeschwindigkeit gegenüber unbeschichteten Schneidstoffen. Zu den wesentlichen Nachteilen zählen die Gefahr von Schichtabplatzungen oder -ausbrüchen, die geringere Bruchzähigkeit und ein aufwändiges Abscheideverfahren. Im Gegensatz dazu weisen Polymerschichten eine bessere Schichthaftung auf und lassen sich relativ einfach und kostengünstig abscheiden. Die Verschleißbarkeit der Polymerschichten ist aber im Vergleich zu den Hartstoffschichten wesentlich niedriger.

Die Anwendung von innovativen Werkzeugbeschichtungen für die hocheffiziente CFK- und GFK-Zerspanung erfordert neue Konzepte bei der Gestaltung der Bearbeitungsprozesse. Die Schwerpunkte der FuE-Arbeiten liegen somit bei folgenden Themen:

  • Prozesssichere Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen mit beschichteten Werkzeugen
  • Steigerung der Bearbeitungsqualität beim Zerspanprozess mit beschichteten Werkzeugen
  • Tribologische Systeme und Standzeit der Zerspanwerkzeuge


Zu unseren Leistungen zählen:

  • Optimierung der Bearbeitungsparameter beim Drehen, Fräsen, Bohren und Sägen von Leichbauwerkstoffen wie CFK, GFK, Al, Ti und Mg hinsichtlich Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit
  • Qualitative und quantitative Ermittlung der spezifischen Bearbeitungsfehler wie Delamination, Ausfransung, Gratbildung
  • Verschleiß- und Reibungsuntersuchungen der Werkzeuge mit und ohne Beschichtung
  • Entwicklung von komplexen Lösungen zur Steigerung der Standzeit der Werkzeugbeschichtungen in der Prozesskette Matrixvorbehandlung – Abscheidungstopographie – Nachbehandlung – Zerspanprozess.

 

Optimierung des tribologischen Systems und der Bearbeitungsparameter beim Zerspanen

Das Fraunhofer IPA entwickelt in Zusammenarbeit mit Hüni GmbH+Co. KG neuartige PTFE- und FEP-Werkzeugbeschichtungen für die Zerspanung von faserverstärkten Kunstsoffen wie CFK und GFK.