Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Ecological and functional optimization of the pretreatment process for plasma based coatings of cutting tools
    ( 2019)
    Uhlmann, E.
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    Riemer, H.
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    An, S.
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    Fröhlich, M.
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    Paschke, H.
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    Petersen, M.
    Increasing demands in machining of high-tech materials and dry machining lead to higher thermal and mechanical loads on cutting tools. In response to these challenges, enhanced coating solutions are applied to increase performance and life of cutting tools. However, during the production process the cemented carbide substrates are contaminated with grinding oils and residues of organic material. For the subsequent physical vapor deposition (PVD) coating process an intensive and high-quality cleaning process is necessary. In this contribution, plasma electrolytic polishing (PEP) is used as a novel alternative to conventional ecologically harmful cleaning baths. Apart from the ecological advantage, the surface of the substrate can be optimized with regard to the coating adhesion. To examine the performance of the different cleaning processes, machining tests were performed at the IWF to evaluate the layer adhesion and tool life of the tools.
  • Publication
    CVD-Diamantwerkzeuge mit SiC-Zwischenschicht
    ( 2019)
    Uhlmann, E.
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    Barth, E.
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    Gäbler, J.
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    Höfer, M.
    Der Cobalt-(Co)-Anteil in Hartmetallen diffundiert während des Diamantbeschichtungsprozesses in die Diamantschicht und mindert deren Haftfähigkeit. Siliciumcarbid-(SiC)-Zwischenschichten können als Diffusionsbarriere für Cobalt dienen und die konventionelle Ätzvorbehandlung der Substrate ersetzen. Im Rahmen einer Forschungsarbeit werden Beschichtungsprozesse mit SiC-Zwischenschicht entwickelt, diese Schichtsysteme auf verschiedene Substrate aufgebracht und durch Zerspanungsuntersuchungen bewertet.
  • Publication
    Eiskalt um die Ecke gebracht
    ( 2013)
    Motschmann, Simon
    Für das Trockeneisstrahlen hat das Fraunhofer IPK jetzt eine Düsenvariante zur schonenden Strahlmittelumlenkung entwickelt. Das Grundkonzept basiert dabei auf dem Injektorprinzip, wobei die Strahlmittelablenkung durch einen sekundären Druckluftstrom erreicht wird. Der Raumbedarf der neuen Düse ist deutlich geringer und ermöglicht somit die leichtere Reinigung schwer zugänglicher Bereiche. Mit der entwickelten Umlenkdüse wurde die schonende Umlenkung von Trockeneispellets unter Einsatz eines sekundären Luftstroms evaluiert. Das Düsenkonzept ermöglicht eine deutlich höhere Abtragleistung für Reinigungsprozesse durch eine effektivere Ausnutzung des empfindlichen Strahlmittels im Vergleich zu konventionellen Umlenkdüsen. Die in den Versuchen maximal erreichte Abtragleistung der neuen Umlenkdüse ist um den Faktor 16 höher als bei der untersuchten Vergleichsdüse mit identischen Prozess-Parametern. Zudem ist der Raumbedarf der neuen Düse deutlich geringer und ermöglicht somit die leichtere Reinigung auch schwer zugänglicher Bereiche in Maschinen und Anlagen.
  • Publication
    Fünf große Trends bestimmen die Bauteilreinigung der Zukunft
    ( 2010)
    Bilz, M.
    Mit moderner Reinigungstechnik lassen sich Kostenersparnis, Ressourcen- und Energieeffizienz erzielen Reinigungsaufgaben sind vielschichtig, komplex und individuell. Durch anwendungsgerechte Anlagen und Lösungen können industrielle Lackierer die immer höheren Anforderungen durch die Weiterentwicklungen in den einzelnen Branchen erfüllen.
  • 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
    Dreh- und Fräswerkzeuge mit cBN-Beschichtungen
    ( 2006)
    Uhlmann, E.
    ;
    Wiemann, E.
    ;
    Keunecke, M.
    ;
    Richter, V.
    Der Anteil der superharten Schneidstoffe nimmt aufgrund der gestiegenen Anforderungen in der Fertigung überproportional zu. In einem gemeinschaftlichen Forschungsprojekt wurde die Leistungsfähigkeit von cBN-Schichtsystemen, die als Deckschichten auf TiN- und TiAlN- Beschichtungen abgeschieden waren, beim Hartdrehen und -fräsen untersucht. Hierzu wurden gehärtete Stähle mit verschiedenen Substraten und Substratvorbehandlungen bearbeitet. Abschließende Kavitationstests und FEM (Finite Elemente Methode)-Simulationen des Zerspanvorgangs ergänzen die Analyse.
  • Publication
    CO2-Strahlen als alternative Reinigungstechnologie
    ( 2006)
    Krieg, M.
    Das Strahlen mit festem CO2 (Kohlendioxid) konnte sich in den letzten Jahren in den unterschiedlichsten Anwendungsfeldern etablieren. Sobald sensible Oberflächen behandelt werden müssen oder eine Sekundärverunreinigung durch Strahlmittel unerwünscht ist, kommt diese Technologie zum Einsatz. Die niedrige Härte von festem CO2 ermöglicht die schädigungsfreie Bearbeitung eines großen Werkstoffspektrums. Beim Strahlen mit festem CO2 wird das Strahlmittel pneumatisch beschleunigt und auf die zu bearbeitende Flächen des Strahlguts aufgebracht. Das CO2- Strahlen beruht auf drei Wirkmechanismen: durch die geringe Temperatur des Strahlmittels von -78,5 Grad C kommt es zu thermischen Spannungen zwischen Beschichtung bzw. Verunreinigung und Substrat; die kinetische Energie des Strahlmittels führt zu einer mechanischen Abtrennung der Beschichtung oder der Verschmutzung, die durch den dritten Effekt, den Druckstoß aufgrund der schlagartigen Sublimation der CO2-Partikel, unterstützt wird. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen dem Strahlen aus der festen Phase, auch Trockeneisstrahlen genannt, und dem Strahlen aus der flüssigen Phase, das CO2-Schneestrahlen genannt wird. Da Trockeneis ständig sublimiert und stark hygroskopisch ist, ist seine Lagerfähigkeit begrenzt. Beim Schneestrahlen wird das CO2 in flüssiger Form unter Druck vorgehalten. Erst im Prozess entsteht durch Entspannung ein CO2-Schnee/Gas-Gemisch, das einem Druckluftstrahl zugeführt wird. Zwei Verfahrensvarianten, die Zweistoffringdüse und die Strahldüse mit Agglomerationskammer, werden vorgestellt und miteinander verglichen.
  • Publication
    Verwinkelte Bauteile mit Schnee effektiv und zuverlässig säubern
    ( 2006)
    Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA haben eine CO2 Reinigungslanze entwickelt, die den Schmutz trocken und umweltschonend aus schwer zugänglichen Bauteilen (Ecken, Kanten, Knicke) herausholt. Der CO2-Schnee wird beschleunigt und über eine Düse auf die Innenfläche gelenkt, um Verunreinigungen abzutragen. Der Vorteil des Verfahrens: Das recht weiche CO2 hinterläßt beim Reinigen weder Rückstände noch beschädigt es die mitunter empfindlichen Oberflächen. Bei der Düse handelt es sich um eine schwenkbare und trotzdem druckdichte Austrittsdüse am Ende einer schlanken Lanze. Aktuell wird die Lanze für die Innenreinigung von Vakuumhohlräumen am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg erprobt. Auch können Anwender mit dem neu entwickelten System Sauberkeitsanalysen durchführen. Dazu stellen Fraunhofer-Wissenschaftler zwei neue Systeme vor: 'LISA' (Liquid Sample Analyser) detektiert auf optischem Wege, d. h. durch den Schattenwurf einzelner Schmutzpartikel auf ein lichtempfindliches Sensorelement, Verunreingungen direkt in der zu analysierenden Flüssigkeit. Erfasst werden dabei Partikel mit einer Größe von wenigen Mikrometern bis hin zu einigen Millimetern. Das zweite System, der Sensor 'PuriCheck' filtert Schmutzpartikel über ein Analysesieb aus dem Flüssigkeitsstrom heraus. Eine CCD-Kamera, die in die Meßkammer integriert ist und eine nachgeschaltete Bildverarbeitung zählen und vermessen die Schmutzpartikel.
  • Publication
  • Publication
    CBN coatings on cutting tools
    ( 2004)
    Uhlmann, E.
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    Bräuer, G.
    ;
    Wiemann, E.
    ;
    Keunecke, M.
    Hard cutting materials are a prerequisite for the machining of hard workpiece materials. Superhard cubic boron nittride (cBN) is the hardest known material eligible for the machining of ferrous materials. The developement of a cBN coating for cutting tools, combining the advantages of coating and of cBN, is of great importance for many branches of industry. Based on the first success of deposting adherent cBN films on cemented carbide substrates with a thickness of up to 0,8 pm at temperature for below 1000 °C, indexable inserts were coated with a B C film as target and a cBN facing. These coatings show excellent mechanical and physical properties. Cutting experiments with cBN coated cemented carbide tools were carried out and the tool life, cutting forces and workpiece surface roughness were measured. The results are presented for the machining of serval workpiece materials.