WERKZEUGPRODUKTIONSTECHNOLOGIE

Anwendungsbereiche von Materialien für Schneidwerkzeuge werden durch ihre physikalischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften definiert. Werkzeugmaterialien mit hoher Härte können bei höheren Schnittgeschwindigkeiten und kleinen Spanquerschnitten (Endbearbeitung) verwendet werden, bei denen thermische Belastungen gegenüber mechanischen überwiegen. Materialien mit hoher Zähigkeit können bei höheren Vorschubgeschwindigkeiten (Schruppen) verwendet werden, bei denen aufgrund des größeren Spanquerschnitts mechanische Belastungen gegenüber thermischen Belastungen überwiegen.

Für die Hochleistungsbearbeitung werden Werkzeuge heute hauptsächlich aus Sintercarbid verwendet (hergestellt durch Pressen eines Carbidpulvers mit einem Bindemittelmetallpulver und anschließendes Sintern bei einer Temperatur nahe dem Schmelzen des Bindemittels), meist mit einer Oberflächenbehandlung, die die Eigenschaften des Werkzeugs verbessert. Und es werden zunehmend Schneidkeramiken, Cermets und superharte Schneidmaterialien wie Diamant und kubisches Bornitrid verwendet.

Hartmetall - ein sehr verschleißfestes Material

Die Verwendung von Hartmetall als Material mit hoher Verschleißfestigkeit beruht auf seinen Eigenschaften: hohe Härte, hohe Druckfestigkeit, hoher Elastizitätsmodul, ausreichende Zähigkeit, geringe Wärmeausdehnung, gute Bearbeitbarkeit und geringe Neigung zum Kaltschweißen.

Die wichtigsten mechanischen Eigenschaften sind Härte, Festigkeit und Zähigkeit. Ihr Wissen ist eine wichtige Grundlage für die Auswahl des richtigen Hartmetalltyps. Bei Karbiden wird die Härte im Allgemeinen durch den Vickers-Test (ISO 3878) und die Festigkeit durch den Biegetest (ISO 3327) charakterisiert. Die Zähigkeitseigenschaften spröder Materialien sind relativ problematisch. Es wird ein Zähigkeitstest verwendet, der beispielsweise aus der Beladung der fein geschnittenen Probe oder aus der Risslänge im Vickers-Abdrucktest ermittelt werden kann. Es gibt keinen ISO-Standard zur Bestimmung der Zähigkeit von Carbiden, sondern nur die Empfehlungen der Association of Powder Metallurgy Experts - Carbides.

Mechanische Eigenschaften von Karbiden

Die mechanischen Eigenschaften von Carbiden können stark variieren. Bei WC-Co-Carbiden, die vorzugsweise zur Verschleißfestigkeit eingesetzt werden, sind die wichtigsten Elemente der Co-Gehalt und die WC-Korngröße. Die Druckfestigkeit von Carbid ist deutlich höher als bei der Biegefestigkeit, während die Zugfestigkeit nur etwa 50% der Biegefestigkeit beträgt. Dies folgt grundsätzlich der Regel der Verwendung von Hartmetall, um hohe Zugbelastungen zu vermeiden. Das Erhöhen des WC-Korns führt normalerweise zu einer Verringerung der Härte und einer Erhöhung der Zähigkeit. Im Wesentlichen ist die Härte durch Beständigkeit gegen Abrieb gekennzeichnet, während die Biegefestigkeit und Zähigkeit das Riss- und Bruchverhalten charakterisieren.
Die wichtigste Eigenschaft von Karbiden ist die Verschleißfestigkeit. Diese Eigenschaft ist eine Kombination der aufgelisteten grundlegenden Eigenschaften und zeigt die Beziehung zur Anwendungsspezifikation. Verschleiß ist eine Abnahme der Oberflächenschicht und kann am besten in einem praktischen Test getestet werden, es sind jedoch auch Tests unter Laborbedingungen möglich.

Arten von Karbiden

Wir unterscheiden zwei Hauptgruppen von Carbiden, einerseits WC-Co-Carbide mit der größten Verwendung und andererseits Carbide, die Carbidzusätze enthalten, bestehen im Wesentlichen aus WC-TiC-TaNbC-Co. Letztere werden zur Bearbeitung eingesetzt. Darüber hinaus gibt es spezielle Carbide mit unterschiedlichen Bindemitteln, z. B. Ni, Fe, Cr, möglicherweise mit unterschiedlichen Carbiden, z. B. Cr3C2, Mo2C, VC. Zu den Karbiden gehört auch Cermet, z. B. basierend auf TiCN-NiMo-Co, das auch bei der Bearbeitung verwendet wird.
Die Kennzeichnung von Carbiden nach der Korngröße des Carbids erfolgt beispielsweise nach folgenden Kategorien: Nano, sehr fein, feiner, feiner, mittlerer, grober und sehr grober. In den letzten Jahren ging der Trend hauptsächlich in Richtung feinkörniger Carbide sowie von Carbiden mit besonderen Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Beständigkeit gegen thermische und mechanische Veränderungen und Erosion.

Glasur

Grundlegende Methoden

1. PVD-Methode (Physical Vapour Deposition)

Diese Methode ist eine der am häufigsten verwendeten. Der Hauptcharakter ist die niedrige Arbeitstemperatur unter 500 ° C, daher eignet es sich auch zum Beschichten von Schnellarbeitsstahlwerkzeugen (HSS), bei denen das Werkzeug nicht thermisch beeinflusst wird.

Die Beschichtung wird am häufigsten gebildet:
- durch Verdampfung (Beschichtungsmaterial wird verdampft),
- durch Sputtern (physikalischer Entstaubungsprozess),
- Ionenimplantation (ein Hybrid-PVD-Beschichtungsprozess, bei dem die Oberfläche eines Substrats von einem Strahl hochenergetischer Partikel beschossen wird.

2. CVD-Methode (Chemical Vapour Deposition)

Es ist die Hauptmethode zum Beschichten von Sintercarbiden, die bei hohen Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1200 ° C stattfindet.

Die Beschichtung wird am häufigsten gebildet:
- thermische Induktion,
- Plasmaaktivierung,
- Elektroneninduktion,
- Photoneninduktion

3. Methode PCVD (Plasma-aktivierte CVD-Methoden) und MTCVD (Chemische Gasphasenabscheidung bei mittlerer Temperatur - CVD bei mittleren Werten)

Es unterscheidet sich von der klassischen CVD-Methode durch niedrigere Betriebstemperaturen PCVD 400-600 ° C und MTCVD 700-850 ° C. Es ändert jedoch nichts an seinem Prinzip (Bildung einer Beschichtung aus der Gasphase).

Vlastnosti vrstev

Die grundlegenden und wichtigsten Eigenschaften von Schichten umfassen:

• Abriebfestigkeit - Mit Schneidwerkzeugen verlängern sie ihre Lebensdauer um ein Vielfaches,
• Hitzeverträglichkeit - Beschichtungen halten Temperaturen bis zu 800 ° C stand (Beschichtungen auf Cr- und Al-Basis) und bilden gleichzeitig eine Wärmebarriere. Diese Funktion wird bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung verwendet, bei der 78% der beim Schneiden erzeugten Wärme durch Späne abgeführt werden,
• Korrosionsbeständigkeit - Der Schutz, den sie bieten, hängt von der Mikroporosität und der Fähigkeit einiger in der Beschichtung enthaltener Elemente ab, Schutzschichten zu bilden. Hier können aluminiumhaltige Beschichtungen wie TiAlN und Kohlenstoffbeschichtungen erwähnt werden,
• Reduzierung des Reibungswiderstandes - MoS2, WC / C und DLC (Diamond Like Carbon) haben einen niedrigen Reibungskoeffizienten,
• Dicke - Sie wird meistens mittels eines Kalotests (Schleifen des kugelförmigen Baldachins und anschließendes Ablesen mit einem optischen Mikroskop) gemessen, üblicherweise im Bereich von 1-4 μm,
• Adhäsion - Bei der Haftung von Beschichtungen auf dem Ausgangsmaterial besteht die einfachste Messung darin, die Kanten der durch die Rockwell-Spitze verursachten Punktion zu beobachten,
• Microhardst - Am härtesten sind DLC-Beschichtungen mit einer Mikrohärte von mehr als 30 GPa. Zum Vergleich, zB mit galvanisch hergestelltem "Hartchrom", können maximal 9 GPa gemessen werden.

Häufig verwendete Beschichtungen

Die folgenden Beschichtungen werden am häufigsten auf Schneidwerkzeuge aufgetragen:

- TiN (Titannitrid) - einfache und am längsten verwendete Schicht. Mikrohärte von 20 bis 25 GPa, goldene Farbe. Es kann in fast allen Anwendungen eingesetzt werden. Der Vorteil von TiN ist eine gute Elastizität und Haftung. Darüber hinaus haben die meisten Beschichtungszentren die meiste Erfahrung mit dieser Schicht.

- TiAlN (Titanaluminiumnitrid) - Mikrohärte 25 bis 33 GPa, Farbe von rosa-violett bis schwarz-grau. Im Bereich Schneidwerkzeuge erhöht es trotz höherer Produktionskosten seinen Marktanteil auf Kosten anderer Schichten, insbesondere von TiN. Es hat eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen hohe Temperaturen. Derzeit ideal für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Sein interessantes Merkmal ist die Bildung einer Oberflächenschicht aus Al2O3, die während des Schneidens zur Verringerung der Reibung, zur Erhöhung des Diffusionswiderstands und zur Verbesserung der Schneideigenschaften beiträgt.

- DLC - diamantartige Kohlenstoffbeschichtungen mit sehr geringem Reibungskoeffizienten und hoher Härte (bis zu 60 GPa), schwarze Farbe. Sie werden hauptsächlich in der Automobilindustrie zum Beschichten von Teilen (Pumpen, Schlösser usw.) verwendet. Sie sind für die Werkzeugbearbeitung von Stahl ungeeignet.