2025, 86 Seiten
Werkzeug- und Prozessauslegung zur Verbesserung der Zerspanbarkeit und
Steigerung der Prozesssicherheit beim Fräsen von Wolframkarbidhartmetall
Vorhaben Nr. 586
Abschlussbericht
Im Bereich des Werkzeug- und Formenbaus kann über den Einsatz verschleißresistenter Komponenten
aus Wolframkarbidhartmetall die Lebensdauer der Werkzeuge sowie die Qualität der Erzeugnisse gesteigert
werden. Neue Werkzeug- und Beschichtungstechnologien in Kombination mit steiferen Werkzeugmaschinen
ermöglichen als Alternative zur Funkenerosion bereits eine Fräsbearbeitung dieser
Hartmetallkomponenten. Gegenwärtig werden für das Fräsen polykristalliner Diamant, mittels chemischer
Gasphasenabscheidung (engl. chemical vapour deposition CVD) hergestellter Dickschichtdiamant,
polykristallines kubisches Bornitrid und CVD-diamantbeschichtete Vollhartmetallwerkzeuge
(VHM-Werkzeuge) eingesetzt. Besonders im Fokus der Entwicklung stehen die beschichteten VHMWerkzeuge,
da mit diesen in jüngsten Forschungsarbeiten vielversprechende Ergebnisse erzielt wurden.
Ein Wissensdefizit bezüglich der Wirkzusammenhänge von Werkstoffzusammensetzung, Werkzeuggeometrie,
Beschichtung, Bahnplanung und KSS-Strategie erschweren bei der Anwendung dieser
Werkzeuge jedoch die optimierte Prozessauslegung.
Ziel des Projektes ProWerWolf war die Durchführung von praktischen Untersuchungen zur Schließung
bestehenden Wissenslücken und Steigerung der Prozesssicherheit beim Fräsen von Wolframkarbidhartmetall.
Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurden Handlungsempfehlungen abgeleitet,
die eine vielversprechende industrielle Anwendung des Hartmetallfräsens ermöglichen sollen.
Zur Erreichung des Projektziels wurden zunächst grundlegende Analysen an einem Analogieprüfstand
zur Untersuchung der Spanbildungsmechanismen durchgeführt. Die orthogonalen Schnittversuche konzentrierten
sich auf die thermische und mechanische Werkzeugbelastung sowie auf die Auswirkungen
einer charakteristischen Beschichtungsabplatzung, die bereits in früheren Arbeiten dokumentiert wurde.
Zudem wurde das Potenzial einer Laserpräparation zur Verbesserung der Eingriffsbedingungen und
Erhöhung der Werkzeuglebensdauer untersucht. Die Erkenntnisse aus den orthogonalen Schnittversuchen
wurden anschließend auf die gezielte Auslegung von Schrupp- und Schlichtfräsversuchen übertragen,
wobei der Einfluss unterschiedlicher Bearbeitungsparameter und Kühlschmierstrategien auf
Prozessstabilität und Werkzeugstandzeit empirisch analysiert wurde. Diese Ergebnisse flossen in ein
Gestaltungsmodell zur Werkzeug- und Prozessauslegung zum Hartmetallfräsen ein. Abschließend
wurde dieses Modell im Vergleich zu einer konventionellen Prozesskette (Erodieren und Polieren) bewertet,
um Unternehmen eine Entscheidungsgrundlage für die Einführung des Hartmetallfräsens zu
bieten, wobei insbesondere wirtschaftliche Aspekte berücksichtigt wurden.
Im Rahmen der Untersuchungen des Projektes konnte der positive Einfluss einer Laserpräparation auf
die Eingriffsbedingungen bei der Zerspanung von Wolframcarbid-Hartmetall nachgewiesen werden.
