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EFB-Forschungsbericht Nr. 280

ZrO2-verstärkte Schneidwerkzeuge durch Laserstrahl-Dispergieren

EFB280.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. mult. Dr. med. h.c. Heinrich Haferkamp I Dipl.-Ing. Lars Hauschild, Laser Zentrum Hannover e.V. I Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Sven Bräunling, Lehrstuhl für Umform- und Urformtechnik am Institut für Formgebende Fertigungstechnik der Technischen Universität Dresden

55 Seiten (sw, 38 Abb., 5 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-314-1

Preis (Digital) EUR 48,00

Preis (Print) EUR 54,00

Zusammenfassung

Die durchgeführten Verschleißversuche verdeutlichen das Potential von ZrO2-verstärkten Schneidwerkzeugen. Es wurden Standzeiten erreicht, welche über dem Niveau der von mit konventionell beschichteten Schneidwerkzeugen liegen. Es wurden Untersuchungen mit den Matrixwerkstoffen 1.2343, 1.6959 und 1.2379 durchgeführt. Obwohl mit den Matrixwerkstoffe 1.2343 und 1.6959 bessere Dispergierergebnisse in Bezug auf ZrO2-Partikeldichte, Poren- sowie Rissneigung erzielt wurden, wurden die höchsten Standzeiten mit dem Matrixwerkstoff 1.2379 erzielt. Dieser zeichnet sich durch eine nach dem Dispergierprozess höhere Härte in der Dispergierschicht aus.

Ein wichtiges Kriterium ist die Anbindung der Dispersionsschicht an den Grundwerkstoff. Hierbei kann es zum einen durch mangelhafte Aufschmelzung des Grundwerkstoffs, oder zum anderen durch Oxidationen, verursacht durch ungenügende Schutzgasabschirmung, zu einem Aufliegen der Schicht auf dem Grundwerkstoff kommen. Dieser Fehler führt zum Abplatzen der gesamten Dispersionsschicht an der belasteten Schneidkante.

Eine weitere Herausforderung in diesem Projekt war die Vermeidung von Poren in der Dispergierschicht. Diese wirken sich negativ auf die Standfestigkeit aus, da von Ihnen zum einen die Entstehung von Rissen initiiert wird und zum anderen die Anbindungsfläche der Schicht auf dem Grundwerkstoff verkleinert wird. Die laserstrahldispergierten Schneidwerkzeuge übertreffen nach derzeitigem Entwicklungsstand die sehr guten Verschleißeigenschaften von konventionell hergestellten Werkzeugen und zeigen, dass das Forschungsziel zum größten Teil erreicht worden ist. Die Ergebnisse der Verschleißuntersuchungen haben gezeigt, dass durch die Erhöhung der Härte im Grundwerkstoff und somit die Stützwirkung für die Dispergierschicht beim Scherschneiden die Standfestigkeit der Schneidwerkzeuge weiter erhöht werden kann. Dies kann durch Weiterentwicklungen am Dispergierprozess sowie durch den Einsatz von Alternativen zu den in diesem Projekt verwendeten Matrix- und Keramikwerkstoffen erreicht werden.

Das Forschungsvorhaben „ZrO2-verstärkte Schneidwerkzeuge durch Laserstrahl-Dispergieren“ wurde unter der Fördernummer AiF 14352BG von der EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V.) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 280 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

The wear tests illustrate the potential of ZrO2-cutting tools. There were endurance reached, which is above the level of conventional coated cutting lies There were investigations with the matrix materials 1.2343, 1.6959 and 1.2379.

Although the matrix materials 1.2343, and 1.6959 has made better conclusions in terms of ZrO2-particle density, pore and crack inclination, the highest endurances was made with the matrix material 1.2379. This is characterized by higher hardness in the dispersed layer.

An important criterion is the connection of the dispersion layer to the base material. This can be confirmed by the lack of melted basic material, or to others through oxidation, caused by inadequate protective shielding to the layer. This error leads to the chipping of the total dispersion layer of the contaminated cutting edge. Another challenge in this project was the avoidance of pores in the dispersion layer.

This has a negative impact on the stability, as you have on the one hand the emergence of crack initiates and the other connecting surface of the layer on the base material shrinks. The laser beam dispersed Cutting tools exceed the present level of wear characteristics of conventional manufactured tools and show that the research goal for the most part has been reached. The results of the wear investigations have shown that the increase in the hardness in basic material and thus the supporting effect for the dispersed layer at the cutting process the stability of the cutting can be further increased. This can be done by further developments of the dispersion process and by the use of alternatives matrix and ceramic materials to the project.

Inhalt

1. Einleitung
2. Stand der Technik
3. Prozeßtechnik des Laserstrahldispergierens
4. Prozessparameteruntersuchungen zum Laserstrahldispergieren
4.1. Untersuchungen von Einzelbahnen auf planaren Proben
4.2. Dispergieren von Flächen durch Spurüberlappung
5. Schneidwerkzeuge
5.1. Modellschneidversuche.
5.1.1. Versuchsstand
5.1.2. Instrumentierung
5.1.3. Aufbau Werkzeug und Werkzeughalter
5.1.4. Wahl des Schneidspaltes:
5.2. Anlagentechnik zur Herstellung der laserstrahldispergierten Schneidwerkzeuge
5.3. Verschleißversuche
5.3.1. Verschleißcharakterisierung
5.3.2. Referenzuntersuchungen
5.3.3. Ergebnisse der Verschleißuntersuchungen mit dispergierten Schneidstempeln - Reihe 1 -
5.3.4. Ergebnisse der Verschleißuntersuchungen mit dispergierten Schneidstempeln - Reihe 2 -
6. Qualifizierung für Praxiswerkzeuge
6.1. Auswahl des Praxiswerkzeugs
6.2. Einsatz des Praxiswerkzeugs
6.3. Dispergierparameter der Praxisschneidwerkzeuge
6.4. Verschleißuntersuchungen
6.5. Bewertung des Praxiseinsatzes
7. Zusammenfassung und Ausblic
8. Literatur