Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Einfluss der Eigenspannungen CVD-diamantbeschichteter Werkzeuge auf das Einsatzverhalten
    ( 2010)
    Uhlmann, E.
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    Byrne, F.
    Im vorliegenden Beitrag wurde der Einfluss unterschiedlicher Kobaltgehalte der Hartmetalle und der CVD-Diamantbeschichtung auf den Eigenspannungszustand des Schicht-Substrat-Verbundes analysiert Hierbei wurde festgestellt, dass hohe tiefenabhängige Druckeigenspannungen in den Hartmetallsubstraten nach dem Herstellungsprozess vorhanden sind. Ferner konnte gezeigt werden, dass die hohen Temperaturen im CVD-Beschichtungsprozess zu einer Relaxation dieser Druckeigenspannungen führen. Nach dem Abscheiden einer nanokristallmen CVD-Diamantschicht wurden die Werkzeuge zur Zerspanung von Alumimum-Silicium-Legierungen eingesetzt und der Werkzeugverschleiß sowie die Oberflachengüte der Werkstucke beurteilt Die Ergebnisse der Zerspanversuche zeigten, dass die Werkzeuge mit einem Substrat der Hartmetallsorte mit 6% Kobalt signifikant höhere Standzeiten bei der Zerspanung beider Legierungen gegenüber den Werkzeugen mit Substraten der Hartmetallsorte mit 10% Kobalt aufwiesen. Da die Schichteigenspannungen auf den Substraten der Sorte EMT100 (6% Kobalt) Druckeigenspannungen aufwiesen und im Gegensatz dazu für die auf den Substraten EMT210 (10% Kobalt) aufgebrachten Schichten Zugeigenspannungen ermittelt wurden, ist von einer Korrelation zwischen den Eigenspannungszuständen und dem Einsatzverhalten der beschichteten Werkzeuge auszugehen Es wurde ebenfalls festgestellt, dass eine signifikante Steigerung der Oberflachengüte bei adhasiven Legierungen durch die Steigerung der Schnittgeschwindigkeit möglich ist. Dies liegt in einer niedrigeren Tendenz zur Aufbauschneidenbildung sowie einer günstigeren Spanbildung bei höheren Schnittgeschwingigkeiten begründet.
  • Publication
    Charakterisierung von Schleifscheibentopographien aus fertigungstechnischer Sicht
    ( 2009)
    Hübert, C.
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    Mauren, F.
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    Meer, M. van der
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    Hahmann, D.
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    Rickens, K.
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    Mullugünes, Y.
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    Hahmann, W.C.
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    Pekarek, M.
    Die Bearbeitung sprödharter Werkstoffe erfolgt vorrangig durch Zerspanwerkzeuge mit geometrisch unbestimmten Schneiden aus hochharten Abrasivstoffen wie Diamant (D) und kubisches Bornitrid (CBN). Für ein optimales Arbeitsergebnis müssen der zu bearbeitende Werkstoff und das Schleifwerkzeug, z.B. Schleifscheiben, sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Aufgrund ihres abbildenden Charakters im Materialtrennprozess hat die Topographie einer Schleifscheibe einen großen Einfluss auf das Bearbeitungsergebnis, und hier insbesondere die Oberflächenrauheit und Randzonenintegrität des bearbeiteten Werkstückes. Genormte Topographiekenngrößen zur Beschreibung von Schleifscheibentopographien finden jedoch kaum Anwendung. In diesem Beitrag werden Möglichkeiten zur Charakterisierung von Schleifscheibentopographien mit hochharten Abrasivstoffen vorgestellt. Ausgehend vom Stand der Technik erfolgt die Darstellung genormter, dreidimensionaler Topographiekenngrößen und der dafür notwendigen Messverfahren. Anhand der beispielhaften Erfassung einer Schleifscheibentopographie durch verschiedene Messverfahren werden die bestehenden Probleme der kennwertgestützten Schleifbelagscharakterisierung erläutert und mögliche Forschungsfelder aufgezeigt.
  • Publication
    Innovative Schleifverfahren für die wirtschaftliche Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen
    ( 2008)
    Uhlmann, E.
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    Borsoi Klein, T.
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    Mihotovic, V.
    Innovative Kinematikkonzepte erlauben die Senkung der Fertigungskosten aufgrund der stetigen Leistungssteigerung von Maschinensystemen in Kombination mit einer verbesserten Prozessanalyse. So konnten beim Schnellhubschleifen mit hohen Tischgeschwindigkeiten deutlich über v(ind ft)=30m/min hohe Zeitspanungsvolumina bei geringer Eingriffstiefe erreicht werden. Beim Hochleistungsplanschleifen mit Planetenkinematik liegen die optimalen Schnittbedingungen im Bereich erhöhter Schnittgeschwindigkeiten und Schleifkräfte. Mit der neuesten Generation von Maschinensystemen lässt sich teilweise die Bearbeitungszeit um bis zu 80% reduzieren. Außerdem wurden die Prozessführung und das Verschleißverhalten der Schleifscheibe deutlich verbessert. Durch die Simulation der elementaren Vorgänge in der Wirkzone ist es möglich, die Partikelbahnen beim ultraschallunterstützten Quer-Seiten-Schleifen zu beobachten und das Abtrennverhalten zu beurteilen. Die Erkenntnisse lassen sich auf weitere Kinematiken und Schleifoperationen mit Kühlschmierung übertragen. Für das Strömungsschleifen ist die CFD-Simulation ein geeignetes Werkzeug, um Einstellparameter für einen Bearbeitungsprozess zu identifizieren und das Arbeitsergebnis zu verbessern. Die Simulation nichtnewtonscher Fluide erfordert, für das Schleifmedium rheologische Kenngrößen zu integrieren. Durch die Entwicklung eines Prozessmodells lassen sich mithilfe der Simulation Arbeitsergebnisse an komplexen Bauteilgeometrien antizipieren. Ein weiterer Fokus der Untersuchungen ist die technologisch-wirtschaftliche Umsetzung des Potenzials keramischer Hochleistungswerkstoffe für die spanende Fertigung. Dabei wurde Keramik sowohl als Schneidstoff als auch als Substrat-Werkstoff untersucht. Durch den Einsatz eines vollkeramischen Schaftfräsers konnten die Schnittgeschwindigkeiten bei Ni-Basis-Superlegierungen um den Faktor 40 gesteigert werden. Entnommen aus TEMA
  • Publication
    Ultrakurzpulslaser für die Werkzeugindustrie - Grundlagen und praktische Anwendungen
    ( 2008)
    Eschenberg, T.
    ;
    Mattes, A.
    Hochleistungswerkzeuge können nur mit Werkzeugen hergestellt werden, die ebenfalls mit einem hochharten Schneidstoff beschichtet sind, wobei das abrasive Verhalten auf beiden Seiten gleich hoch ist. Hierdurch ergeben sich hohe Prozeßzeiten und Kosten für die Nachbearbeitung dieser Schneidstoffe. Hier bietet die Lasertechnologie durch ihre einzigartigen Eigenschaften eine ökonomisch und innovative Alternative. Vorteil der Lasertechnologie ist ein berührungsloser Prozeß, der kraftvoll und abrasionsfrei ist. Dabei werden Strahlquellen mit Pulslängen im Pikosekunden (ps)-bzw. Nanosekunden (ns)-Bereich eingesetzt. Auch werden Lasersysteme eingesetzt, die Pulslängen im Femtosekunden (fs)-Bereich erzeugen. Erfahrungsgemäß liefern Ultrakurzpuls (UKP)-Lasersysteme qualitativ bessere Ergebnisse. Insbesondere durch den Einsatz von Femtosekunden (fs)-Systemen kann eine hohe Strukturgenauigkeit erreicht werden. Ns-Lasersysteme stellen dagegen eine höhere Pulsenergie zur Verfügung und sind in der Anschaffung und der Unterhaltung günstiger. Jedoch ist ein hoher Grad an Wärmediffusion in das Material zu beobachten, der sich gegenläufig zu der Struktuierungsqualität verhält. Bei der fs-Bearbeitung ist deutlich die ausgezeichnete Prozeßgenauigkeit zu erkennen, während bei der ns-Bearbeitung ein hoher Grad an Schmelzbildung zu beobachten ist. Einen Kompromiss bezüglich der Prozeßzeiten und der Bearbeitungsqualität bietet die ps-Bearbeitung. Aus diesem Grund wird es zur Schärfung der Schneidkante eingesetzt. Dagegen werden durch die hohe Energie, die durch die vergleichsweise langen ns-Laserpulse in das Material eingebracht werden, Rißbildungen und einem Abplatzen einzelner Schichten hevorgerufen. Am Beispiel einer Werkzeugschneide mit Beschichtung aus CVD-Diamant zeigt die Vorteile der Pikosekundenlasertechnologie, die mit einem ps-System der Wellenlänge 355 nm (UV) bearbeitet wurde. In diesem Fall ist keine Schädigung der Schicht feststellbar. Darüber hinaus wurde im Vergleich zum Standardwerkzeug eine signifikante Verringerung des Schneidkantenradius um 25% erreicht. Dies geht einher mit einer Reduzierung der Schichtdicke um 50% von 18 Mikrometer auf 9 Mikrometer. Entnommen aus TEMA
  • Publication
    Anwendung superharter Beschichtungen in der Zerspantechnik
    ( 2007)
    Keunecke, M.
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    König, J.
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    Richter, V.
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    Wiemann, E.
    Die chemische bzw. physikalische Gasphasenabscheidung dünner superharter Beschichtungen aus Diamant und kubischem Bornitrid (cBN) auf Werkzeugen birgt große Potenziale, da die härtesten der bekannten Materialien mit einer flexiblen Gestaltung der Schneidengeometrie kombiniert werden können. Die Abstimmung von Schneidengeometrie und verschleißfester Beschichtung erlaubt die prozessspezifische Anpassung des Werkzeugs und führt zur Effizienzsteigerung von Zerspanungsstrategien wie der Hochgeschwindigkeits- und Trockenbearbeitung. Wettbewerbsvorteile in Form reduzierter Durchlaufzeiten und Fertigungskosten sind das Resultat dieser Entwicklung. Vorteile von superhart beschichteten Werkzeugen im allgemeinen bestehen im Hinblick auf (Warm-)Härte, Verschleißfestigkeit, Reibkoeffizient, Oxidationswiderstand, chemische Resistenz, Wärmeleitfähigkeit und Kühlschmierstoffbedarf. Vorteile von superhart beschichteten gegenüber unbeschichteten Werkzeugen bestehen im Hinblick auf: Standzeit, Bauteil-Durchlaufzeit, Schnittparameter, Zerspankraftkomponenten, Reibkoeffizient, Anpassungsfähigkeit an die Zerspanungsaufgabe. Vorteile von superhart beschichteten Werkzeugen gegenüber PKD- und PcBN-Werkzeugen bestehen im Hinblick auf: geometrische Komplexität der Werkzeugschneide, Schneidkantenradius (nur PcBN), Spanwinkel, Schneidkantenfase, Werkzeugkosten, Diffusionsproblematik des Binders. Neue Verfahren erlauben die Entwicklung einer haftfesten und für technologische Anwendungen ausreichend dicken cBN-Beschichtung insbesondere auf Werkzeugsubstraten. Durch die Abscheidung eines zusätzlichen cBN-Deckschichtsystems auf einer TiN-Beschichtung können drastische Standzeitvorteile erzielt werden.
  • Publication
    Strömungsschleifen von Hochleistungskeramik
    ( 2004)
    Uhlmann, E.
    ;
    Szulczynski, H.
  • Publication
    Charakterisierung keramischer Oberflächen. Teil 1
    ( 2001)
    Ardelt, T.
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    Barth, C.
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    Daus, N.
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    Eichgrün, K.
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    Hessel, D.
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    Kreis, R.
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    Pähler, D.
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    Schäfer, L.
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    Schmidt, C.
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    Spengler, C.
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    Sroka, F.
  • Publication
    Adhäsiver Verschleiß an CVD-Diamant
    ( 2001)
    Uhlmann, E.
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    Friemel, J.
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    Brücher, M.