Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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CVD-Diamantwerkzeuge mit SiC-Zwischenschicht

2019 , Uhlmann, E. , Barth, E. , Gäbler, J. , 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.

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Einsatz cBN-beschichteter Werkzeuge für die Bearbeitung von schwer zerspanbaren Materialien

2007 , Uhlmann, E. , Fuentes, J. , Keunecke, M.

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CBN coatings on cutting tools

2004 , Uhlmann, E. , 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.

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Ecological and functional optimization of the pretreatment process for plasma based coatings of cutting tools

2019 , Uhlmann, E. , Riemer, H. , An, S. , Fröhlich, M. , Paschke, H. , 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.

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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.

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Anwendung superharter Beschichtungen in der Zerspantechnik

2007 , Keunecke, M. , König, J. , Richter, V. , 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.

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Sensorische Werkzeugbeschichtungen messen Temperaturen und Kräfte im Zerspanprozess

2004 , Wiemann, E. , Lüthje, H. , Uhlmann, E.

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