Siliziumnitride für die Anwendung als  CVD-diamantbeschichtetes Vollkeramikfräswerkzeug  bei der Zerspanung von  modernen faserverstärkten Kunststoffen
  • Uni/Hochschule: Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der TU Berlin
  • Land: Deutschland
  • Autor(en): Eckart Uhlmann, Bartek Stawiszynski, Falk Protz
  • Artikel vom: 22 November 2017
  • Seitenaufrufe: 230
  • Artikel Nummer: 063-056
  • Kategorie(n): Werkzeuge nach Bearbeitungsart, WERKZEUG ANWENDUNGEN, Werkzeuge nach Schneidstoffen, Fräswerkzeug, Diamant-/diamantähnlich beschichtete Werkzeuge
  • Schlüsselbegriffe: Beschichtungstechnologie, CFK, CVD, CVD Diamant, CVD-Diamant, Faserverbundtechnik, Faserverbundwerkstoff, GFK, HSC-Zerspanung, Zerspanen
  • Siliziumnitride für die Anwendung als CVD-diamantbeschichtetes Vollkeramikfräswerkzeug bei der Zerspanung von modernen faserverstärkten Kunststoffen

    Die Zerspanung von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) stellt eine der aktuellsten Herausforderungen in der Werkzeugherstellung dar. Neue Schneidstoffe und -geometrien werden entwickelt, um die spanende Bearbeitung dieser modernen Hochleistungswerkstoffe zu ermöglichen. Heutzutage werden üblicherweise unbeschichtete bzw. beschichtete Hartmetallwerkzeuge in der verarbeitenden Industrie eingesetzt, die ein nachteiliges Einsatzverhalten (z. B. hohe Schneidkantenverrundung oder Freiflächenverschleiß) nach bereits kurzer Prozesszeit aufweisen. Am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der TU Berlin (IWF) wird eine Alternative zum Schneidstoff Hartmetall für die Zerspanung von FVK angewendet. Verschiedene Sorten von Siliziumnitrid werden auf ihre Schneidgeometriegestaltbarkeit überprüft und der erfolgversprechendste Typ im Einsatz als CVD-diamantbeschichtetes Vollkeramikwerkzeug beim Umfangfräsen von FVK untersucht. Die Ergebnisse der Verschleißanalyse werden dargestellt.

    Herausforderungen und Lösungsansätze für die Zerspanung von FVK

    Durch die hohe Nachfrage nach innovativen Leichtbaukonzepten nimmt die Anwendung von FVK kontinuierlich zu. Die höchste Wachstumsrate in den letzten fünf Jahren weltweit ist in der Transportmittelindustrie (z. B. Luftfahrt, Kraftfahrzeuge) zu verzeichnen. Häufig kommen hier glas- und/oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe (GFK/CFK) zum Einsatz [1]. Gründe hierfür sind die einstellbaren Eigenschaftsspektren dieser Werkstoffe im Hinblick auf spezifische Festigkeit, Steifigkeit, Zähigkeit, Widerstand gegenüber Ermüdung und Kriechen, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und Dimensionierung [2]. In der spanenden Bearbeitung dieser Materialien erzeugt der laminare Aufbau der FVKs prozessbedingte Nachteile, wie beispielsweise eine nicht konstante Fertigungsqualität der Werkstücke auf Grund von Faserdelamination und Versagen der Matrix. Diese Bearbeitungsfehler entstehen hauptsächlich in den Laminatdecklagen des Bauteils. Die Defektintensität ist abhängig vom Fertigungsprozess sowie von der Werkstoffzusammensetzung (z. B. Faserorientierung, Faseranteil und Matrixtyp) und der Geometrie des Bauteils [3, 4].

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