• Uni/Hochschule: Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover
  • Land: Deutschland
  • Autor(en): B. Denkena, T. Grove, A. Krödel
  • Artikel vom: 09 September 2017
  • Seitenaufrufe: 578
  • Artikel Nummer: 062-056
  • Kategorie(n): Zerspanen, Werkzeuge nach Bearbeitungsart, Drehwerkzeug, Werkzeuge nach Schneidstoffen, Laserbearbeitung, CBN bestückte Werkzeuge
  • Schlüsselbegriffe: HSC-Zerspanung, Laserbearbeitung, Lasertechnologie, pCBN, Präzisionswerkzeuge, Standzeiterhöhung
  • Schneidkantenmikropräparation an pCBN-Werkzeugen mittels Kurzpulslaser

    Einleitung

    Polykristallines kubisches Bornitrid (pCBN) ist neben Diamant der zweithärteste Werkstoff. Aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften, insbesondere bei hohen Temperaturen, wird pCBN in der Zerspanung gehärteter Stähle, der Bearbeitung von Superlegierungen sowie der Gussbearbeitung eingesetzt. Aufgrund der hohen Festigkeit des Schneidstoffs gestaltet sich die formgebende Bearbeitung mit mechanischen Verfahren, beispielsweise dem Schleifen [1], ressourcen- und kostenaufwändig. Hieraus resultieren aktuell bis zu 20-fach höhere Kosten für pCBN-Werkzeuge gegenüber vergleichbaren Hartmetallwerkzeugen. Um derartige Kostenunterschiede zu rechtfertigen, müssen pCBN-Werkzeuge eine deutlich erhöhte Leistungsfähigkeit gegenüber Hartmetallwerkzeugen aufweisen. Eine Möglichkeit die Leistungsfähigkeit zu steigern, besteht in der anwendungsspezifischen Auslegung der Schneidkantenmikrogeometrie [2, 3]. Die heute eingesetzten mechanischen Verfahren zur Schneidkantenpräparation wie Bürstspanen, Schleppschleifen oder Mikrostrahlen weisen aufgrund der hohen mechanischen Festigkeit von pCBN einen erhöhten Verschleiß auf, wodurch die Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit eingeschränkt wird.

    Eine alternative Präparationsmethode stellt die Lasermaterialbearbeitung mittels Kurzpulslaser dar. Diese arbeitet berührungslos und verschleißfrei und besitzt somit insbesondere in der Präparation von hochharten Schneidstoffen ein hohes Potential. In der Präparation von pCBN kommen dabei zumeist Festkörperlaser mit Pulslängen zwischen τ = 10 ps und τ = 100 ns zum Einsatz [4, 5]. Die Prozessgrößen der Laserbearbeitung beeinflussen dabei signifikant die auftretenden Abtragsmechanismen (Abtrag aus Schmelze – Sublimation) sowie die Randzoneneigenschaften des pCBN-Schneidstoffs. Ein aktuelles Forschungsthema des IFW ist die Untersuchung grundlegender Einflüsse der Lasermaterialbearbeitung auf die Schneidstoffeigenschaften von pCBN im Hinblick auf verschiedene Zielanwendungen innerhalb der Werkzeugpräparation. Im Fokus des Projekts stehen dabei die Erzeugung von spezifischen Schneidkantenmikrogeometrien sowie angepasste Spanleitstufen für pCBN-Werkzeuge. Innerhalb der hier präsentierten Studie werden zunächst die Unterschiede bei der Lasermaterialbearbeitung mit verschiedenen Lasermaschinen (Pulslängen im ps- und ns-Bereich) herausgearbeitet und hinsichtlich der erreichbaren Produktivität bewertet. Abschließend erfolgen Einsatzuntersuchungen gelaserter Schneidkantenmikrogeometrien gegenüber konventionell präparierten Referenzwerkzeugen.

    Suche nach Schlüsselbegriffen im Bereich Werkzeug Anwendungen