Ziel der Entwicklung
Aufgrund der mechanischen Eigenschaften von Titanlegierungen lassen sie sich nur schwer zerspanen. Beim Fräsen von Titanwerkstoffen kommt es folglich zu einem schnellen Werkzeugverschleiß und damit verbunden zu kurzen Standwegen der Fräswerkzeuge. Die Fräsprozesse in der industriellen Fertigung werden daher nur mit moderaten Schnittgeschwindigkeiten gefahren.
Ziel des Projektes war es daher, Schichtsysteme für die Beschichtung von Fräswerkzeugen zum Zerspanen von Titanlegierungen zu entwickeln, mit denen nachhaltig die Wirtschaftlichkeit des Titanfräsens erhöht werden kann. Neben einem auf diese Anwendung optimierten Schichtsystems wurde auch der Einfluss der Schneidkantengeometrie und der Schichtnachbehandlung auf die Standwege der Werkzeuge untersucht.
Vorteile und Lösungen
Im Rahmen des Projektes konnte nachgewiesen werden, dass durch die Beschichtung der Vollhartmetallwerkzeuge mit oxinitridischen Schichtsystemen auf Basis von Al-Cr-O-N und Mehrlagenschichtsystemen mit einer Nanocomposite-Deckschicht die Standzeit beim Vollnutenfräsen der Titanlegierung TiAl6V4 insbesondere bei hohen Schnittgeschwindigkeiten gegenüber einer AlCrN-basierten Referenzschicht um bis zu 40 Prozent erhöht werden kann bei gleichzeitig wesentlich geringerem Werkzeugverschleiß. Es wurde eine durchgängige Technologie erarbeitet von der Schneidkantenbearbeitung über die Beschichtung der Werkzeuge bis hin zur Schichtglättung.
Potenzielle Kunden dieser Werkzeugtechnologie können die Werkzeuge bei höheren Schnittparametern einsetzen, was die Wirtschaftlichkeit der Fräsprozesse deutlich erhöht. Außerdem kann durch den höheren Standweg der Ressourceneinsatz an Werkzeugen reduziert werden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die erarbeitete Beschichtungs- und Werkzeugtechnologie erlaubt im Vergleich zu Referenzwerkzeugen eine deutliche Erhöhung der Werkzeuglebensdauer und eine Verringerung des Verschleiß, insbesondere bei hohen Schnittgeschwindigkeiten. Daher sind sehr gute wirtschaftliche Erfolgsaussichten für die Nutzung dieser Technologie vorhanden. Insbesondere laufen gegenwärtig bei einem potentiellen Anwender der Technologie Einsatzversuche in der laufenden Serienfertigung beim Fräsen der Titanlegierung Ti6246.
Geplant ist, die bei der Projektbearbeitung erarbeiteten Erkenntnisse und Erfahrungen auf dem Gebiet der PVD-Beschichtung temperaturbeständiger Verschleißschutzschichten inklusive der Vor- und Nachbehandlung der Werkzeuge im Rahmen weiterer FuE-Projekte zu nutzen, um Schichtsysteme für weitere Einsatzbereiche zu entwickeln.