Dreh- und Fräswerkzeuge mit cBN-Beschichtungen

Der Beitrag untersucht die Leistungsfähigkeit von Werkzeugen mit cBN- Schichtsystemen für das Hartdrehen und -fräsen von gehärteten Stählen. Nachdem ein Überblick über die Materialkennwerte unterschiedlicher cBN- Beschichtungen im Vergleich mit anderen Schneidstoffen gegeben wird, werden die Ergebnisse von Bearbeitungsversuchen vorgestellt. Als Bearbeitungsverfahren kamen das Außen-Längsrunddrehen im kontinuierlichen Schnitt (Hartdrehen) sowie das Hartfräsen im unterbrochenen Schnitt, jeweils ohne Kühlschmierstoffeinsatz, zur Anwendung. Die Drehversuche fanden am Werkstoff X40CrMoV51 statt, während für die Fräsversuche der etwas weichere Stahl X210Cr12 verwendet wurde. Das Drehen erfolgte mit ISO-Wendeschneidplatten des Typs CNMA 120408, wohingegen beim Fräsen die Wendeschneidplattengeometrie SNUN 150612 zum Einsatz kam. Während für die Drehversuche ein kommerzielles Feinstkornhartmetallsubstrat der Anwendungsgruppe K10 verwendet wurde, erfolgte das Beschichten für die Fräsbearbeitung auf sechs verschiedenen Hartmetallen mit unterschiedlichen Korngrößen und Zusammensetzungen. Zur Verbesserung der Haftfestigkeit wurden die cBN-Deckschichten dabei auf relativ dicken TiN- und TiAlN-Grundschichten aufgebracht. Es zeigte sich, dass insbesondere beim quasistationären Prozess des Hartdrehens von X40CrMoV51 lange Standzeiten von über 75 Minuten erreicht werden. Dagegen wirkt sich das noch suboptimale Eigenschaftsprofil der bisherigen TiAlN-cBN-Beschichtung beim Hartfräsen von X210Cr12 negativ aus. Hier konnten keine Standzeitvorteile gegenüber reinen TiAlN- beschichteten Werkzeugen erzielt werden. Allerdings erhöht das zusätzliche cBN-Schichtsystem die Leistungsfähigkeit von reinen TiN- Beschichtungen bei diesem Anwendungsfall um ein Vielfaches. Darüber hinaus konnte mithilfe von Kavitationsversuchen und FEM-Simulationen bestätigt werden, dass das Polieren der Substrate einen negativen Einfluss auf die erreichbaren Standzeiten hat, sodass die Werkzeuge künftig nicht mehr poliert oder mit dem üblichen Läppverfahren vorbehandelt werden.

In this paper the cutting performance of cBN coating system s which were deposited as top layer on TiN and TiAlN coatings will be discussed in hard turning and milling. After the description of the physical property profile, the results of the machining of hardened steels with different substrates and substrate pre-treatments are analyzed . Final cavitation tests and FEM simulations of the cutting process complete the analysis.