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Laserablation ermöglicht die Mikropräparation hochharter Schneidstoffe

Laserablation ermöglicht die Mikropräparation hochharter Schneidstoffe

© IFW
Durch Laserablation präpariertes Drehwerkzeug

Wissenschaftler des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) entwickeln ein neues Verfahren zur Schneidkantenverrundung hochharter Werkzeuge. „Die gängigen mechanisch-abrasiven Verfahren sind für die Schneidkantenverrundung von Werkzeugen wie beispielsweise PcBN nur eingeschränkt nutzbar“, erklärt IFW-Mitarbeiter Arnd Heckemeyer. Die hohe Härte des Materials erschwert die Präparation der Schneidkante. Hieraus ergibt sich ein hoher Werkzeugverschleiß sowie eine mangelnde Prozesssicherheit der Verfahren. Die berührungslose Lasermaterialbearbeitung bietet gegenüber gängigen Verfahren erhebliche Vorteile. Heckemeyer: „Sie überzeugt durch ihre weitest gehende Verschleißfreiheit und durch ihre flexiblen Einsatzmöglichkeiten zur Herstellung unterschiedlicher Geometrien.

Eine Herausforderung der laserbasierten Herstellung einer Schneidkantenverrundung liegt in ihrer geometrischen Größe. „Um Verrundungen im Bereich von 20 – 50 µm erzeugen zu können, benötigen wir ein detailliertes Verständnis über die wirkenden Mechanismen bei der Laserablation von PcBN“, erläutert Heckemeyer. Der Laserprozess basiert darauf, dass das Material sprichwörtlich verdampft wird. Hierbei wirken hohe Temperaturen, die in vielen Fällen auch ungewünschte chemische Reaktionen mit sich bringen können. Durch diese Reaktionen werden die sonst so vorteilhaften Materialeigenschaften von PcBN, zum Beispiel seine hohe Härte, beeinflusst. Das DFG-Projekt „Schneidkantenmikropräparation hochharter Schneidstoffe“ von Heckemeyer knüpft an die am IFW entstandene Dissertation „Lasermikrobearbeitung von PcBN-Zerspanwerkzeugen“ von Alexander Krödel an. Er erforschte die Interaktion des Schneidstoffes mit dem Laserprozess und legte somit die technologischen Grundlagen zur Herstellung von Schneidkantenverrundung durch den Laser. Heckemeyer: „Dank dieser Arbeit können wir nun Aussagen darüber treffen, wie viel Energie benötigt wird, um einen definierten Materialabtrag zu erzielen, oder wie viel Energie in den Werkstoff eingebracht werden darf, um ihn nicht zu schädigen“.

Nachdem die technologischen Grundlagen geschaffen wurden und die Materialabtrags- und Schädigungsmechanismen bei der Laserablation von PcBN bekannt sind, wird nun im Projekt der Zerspanprozess mit den so präparierten Werkzeugen ins Auge gefasst. Das Ziel ist es, dem Anwender nicht nur das Wissen um den Laserprozess mitzugeben, sondern auch Kenntnisse über die optimale Beschaffenheit der Schneidkantenverrundung zu erzielen.

Als Einsatzfall für die Werkzeuge liegt die Drehbearbeitung der Nickelbasislegierung Inconel 718 sowie des Wälzlagerstahls 100Cr6 im Fokus. Heckemeyer untersucht beispielsweise, wie sich die durch die Lasermaterialbearbeitung resultierende Oberflächentopografie der Werkzeuge auf das Einsatzverhalten auswirkt. Heckemeyer: „Durch das ganzheitliche Verständnis aller Wirkzusammenhänge – von der Laserablation des PcBN bis zum resultierenden Einsatzverhalten – wird man in der Lage sein, an den Anwendungsfall angepasste Werkzeugmikrogeometrien sowie einen Prozess zur Herstellung dieser bereitzustellen“.

Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen M. Sc. Arnd Heckemeyer, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, unter Telefon +49 511 762 5207 oder per E-Mail unter heckemeyer@ifw.uni-hannover.de gern zur Verfügung.