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EFB-Forschungsbericht Nr. 023

Einfluss von Schneidwerkzeug-Beschichtungen auf die Standzeit beim Schneiden mit hohen Geschwindigkeiten (Teil 1)

Verfasser:
Prof. Dr.-lng. Dieter Schmoeckel, Dipl.-lng. Jürgen Cammann, Institut für Umformtechnik der Technischen Hochschule Darmstadt

143 Seiten (Sw 52 Abb., 11 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-055-3

Preis (Digital) EUR 67,00

Preis (Print) EUR 74,90

Schlagwörter: Schneidwerkzeug, Diffusion, scherschneiden

Zusammenfassung

Das Scherschneiden, als ein wichtiges und häufig eingesetztes Glied innerhalb der Bearbeitungsfolge eines Blechteils, führt vielfach durch die hohe Werkzeugbeanspruchung zu Produktionsstillständen infolge Werkzeugverschleiß. Das Forschungsvorhaben wurde mit dem Ziel initiiert, über die Wahl des Werkzeugstoffs oder dessen Beschichtung den Werkzeugverschleiß zu reduzieren.

Der Komplexbeanspruchungszustand wird maßgeblich von der Zusammensetzung und den Eigenschaften des Blechwerkstoffs bestimmt. Die verwendeten Blechwerkstoffe waren dahingehend ausgesucht, die untersuchten Werkzeugstoffe, bzw. Beschichtungen möglichst unterschiedlichen Beanspruchungszuständen zu unterwerfen.

Als Werkzeugstoffe wurden ein Kaltarbeitsstahl, ein ESU-erschmolzener und pulvermetallurgisch hergestellter Schnellarbeitsstahl sowie ein Hartmetall verwendet. Darüber hinaus ist das Verschleißverhalten von TiC- und TiN-Schichten nach dem CVD-Verfahren und einphasigen Boridschichten auf dem Kaltarbeitsstahl untersucht worden.

Die Untersuchungsauswertung hat gezeigt, daß bei hohem abrasivem Verschleiß, wie er vorzugsweise bei hochsiliziertem Elektroblech auftritt, Hartmetallwerkzeuge die besten Ergebnisse liefern, während die Boridschicht den CVD-Schichten deutlich überlegen ist. Unabhängig vom Beanspruchungszustand weist der PM-Schnellstahl gegenüber dem ESU-erschmolzenen ein günstigeres Verschleißverhalten auf. Bei vorwiegend adhäsiver Beanspruchung sollten die Werkzeuge CVD-beschichtet werden, um ausreichende Standmengen und Produktionssicherheit zu gewährleisten.

Das Forschungsvorhaben "Einfluss von Schneidwerkzeug-Beschichtungen auf die Standzeit beim Schneiden mit hohen Geschwindigkeiten (Teil 1)" wurde unter Fördernummer DFB/AiF Nr.: 5574 von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 23 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

0 Zusammenfassung
1 Wirtschaftliche und technische Problemstellung
2 Stand der Verschleißforschung an Schneidwerkzeugen
3 Systemanalyse Schneiden
3.1 Schneidvorgang
3.1.1 Allgemeine Darstellung des Schneidvorgangs
3.1.2 Entstehung des Schnittgrates
3.1.3 Einfluss der Schneidkantengeometrie
3.1.4 Einfluss des Schneidspaltes
3.1.5 Einfluss der Hubfrequenz
3.2 Tribotechnisches System Schneiden
3.2.1 Allgemeine Darstellung des tribotechnischen Systems Schneiden
3.2.2 Hauptverschleißmechanismen beim Schneiden
3.2.2.1 Schichtverschleiß
3.2.2.2 Deformation
3.2.2.3 Adhäsion
3.2.2.4 Abrasion
3.2.2.5 Oberflächenermüdung
3.3 Beanspruchung von Schneidwerkzeugen
3.4 Anforderungen an die Werkzeugstoffe
4 Auswahl der Werkzeugstoffe und Beschichtungen für die Verschleißuntersuchungen
4.1 Werkstofftechnische Möglichkeiten zur Verschleißminderung untersuchte Werkzeugstoffe und -beschichtungen
4.2 Kaltarbeitsstahl
4.2.1 Metallurgische Besonderheiten der 12 %igen Chromstähle
4.2.2 Einfluss der Gefügeausbildung auf das Verschleißverhalten
4.2.3 Wärmebehandlung des Kaltarbeitsstahls X 155 CrVMo 12 1
4.3 Schnellarbeitsstahl
4.3.1 Metallurgische Besonderheiten der Schnellstähle vom Typs 6-5
4.3.2 Einfluss der Gefügeausbildung auf das Verschleißverhalten
4.3.3 Wärmebehandlung des Schnellarbeitsstahls S 6-5-2
4.3.4 Vorteile von PM-Schnellarbeitsstählen
4.3.5 Wärmebehandlung des PM-Schnellarbeitsstahl S 6-5-3
4.4 Hartmetall
4.4.1 Herstellung von Hartmetallen
4.4.2 Eigenschaften von Hartmetallen
4.5 Borieren
4.5.1 Verfahrensablauf und thermodynamische Vorgänge
4.5.2 Schichtausbildung und tribologische Eigenschaften
4.6 CVD-Beschichtung
4.6.1 Allgemeines
4.6.2 Titankarbid (TiC)
4.6.3 Titannitrid (TiN)
4.6.4 CVD-Beschichtung von Schneidwerkzeugen
5. Versuchsparameter, Versuchseinrichtungen und Versuchsdurchführung
5.1 Blechwerkstoffe für die Verschleißuntersuchungen
5.1.1 Elektroblech
5.1.2 Chrom-Titan-Stahl
5.1.3 Chrom-Nickel-Stahl
5.2 Versuchsaufbau
5.2.1 Presse
5.2.2 Werkzeug
5.2.3 Dynamisches Verhalten der Kombination Presse - Werkzeug
5.3 Erfassung der tribologischen Messgrößen
5.3.1 Grundsätzliche Bemerkungen
5.3.2 Gratmessung
5.3.3 Temperaturmessung
6. Ergebnisse der Verschleißuntersuchungen
6.1 Ergebnisse mit dem hochsiliziertem Elektroblech
6.2 Ergebnisse mit niedrigsiliziertem Elektroblech
6 Ergebnisse mit Chrom-Titan-Stahl X5 CrTi 12
6.4 Ergebnisse mit austenitischem Blechwerkstoff
Literatur
Bilder und Tabellen