Schnellarbeitsstähle
| Beteiligte Mitglieder | GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V. |
| Auftraggeber | |
| Branche | 24 Metallerzeugung und -bearbeitung |
| Projektart | Forschungs- / Entwicklungsprojekt |
| Ausgangssituation | Hochfeste Materialien nehmen in den Innovationsbranchen wie dem Automobilbau, der Luft- und Raumfahrt bzw. dem Maschinenbau überproportional zu. Für die Bearbeitung dieser Werkstoffe kommen häufig umformende Verfahren zum Einsatz wobei für die Werkzeuge in zunehmendem Maße gehärtete Schnellarbeitsstähle eingesetzt werden. Problematisch erweist sich jedoch die schwere Zerspanbarkeit dieser Werkstoffe. Verantwortlich hierfür sind die im Gefüge eingelagerten Karbide. Deren Härte liegt deutlich über derjenigen von beispielsweise in Kaltarbeitsstählen vorhandenen Karbiden, wodurch auch der Werkzeugverschleiß auf einem wesentlich höheren Niveau liegt. |
| Zielstellung | Bislang erfolgte die Bearbeitung der aus gehärteten Schnellarbeitsstählen bestehenden Werkzeuge mittels Schleifen oder durch Funkenerosion. Um die Herstellung dieser Werkzeuge wirtschaftlicher, flexibler und ökologisch vorteilhaft realisieren zu können, erweist sich eine Neugestaltung der Prozesskette als notwendig. Eine Möglichkeit besteht darin, die endkonturnah vorbearbeiteten Bauteile im gehärteten Zustand unter Anwendung von Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide fertig zu bearbeiten. Die generelle Zielstellung des Projekts bestand darin, grundlegende systematische Untersuchungen zur wirtschaftlichen Zerspanung von gehärteten Schnellarbeitsstählen mit geometrisch bestimmter Schneide durchzuführen und dabei werkzeug- und verfahrensseitige Grundlagen für das Hochleistungsfräsen zu erarbeiten. Diese Erkenntnisse waren dann auf den Bearbeitungsprozess von Fertigungsmitteln (Werkzeugen) für die formgebende Bearbeitung von hochfesten Materialien zu applizieren. |
| Ergebnisse | Die erprobten CBN-Sorten wiesen ein differenziertes Einsatz- und Verschleißverhalten auf. Die Versagensmechanismen reichen von Eckenausbrüchen über mehrfache großflächige Abplatzungen bis hin zum kompletten Auslöten des CBN-Segmentes vom Hartmetallgrundkörper. In einem Fall wurde außerdem folgend auf eine kontinuierliche Zunahme der Verschleißmarkenbreite nach Einstellung der erhöhten Schnittparameter in mehreren Einzelversuchen ein überproportional großer Anstieg des Freiflächenverschleißes festgestellt. Die Modifikation der mikrogeometrischen Kenngrößen (Schneidkantenradien und Schneidkantenschartigkeit) erfolgte mittels Oberflächenfinish im Magnetfeld.Bisherige Untersuchungen ergaben Standzeiterhöhungen durch Optimierung von Werkzeug und Prozess in der Größenordnung von ca. 80 - 100 %.Im Ergebnis der durchgeführten Untersuchungen liegen damit anwendungsbereite Erkenntnisse zur Bearbeitung gehärteter Schnellarbeitsstähle vor. Verschleißzustände an CBN-Schneidplatten |
| Lösungsweg | Als Pilotwerkstoff zur Realisierung der Untersuchungen diente der Schnellarbeitsstahl HS6-5-2C (1.3343) gehärtet und angelassen < 60 HRC. Es wurden fünf CBN-Modifikationen in die Grundsatzuntersuchungen einbezogen. Es handelte sich dabei um Schneidstoffe verschiedener Hersteller mit CBN-Gehalten von 50 … 95 % und Korngrößen von 2 … 5 µm. Der Ausgangszustand der Werkzeuge wurde hinsichtlich der Makro- und Mikrogeometrie (z.B. Schneidenkontur, Schneidenform, Schneidkantenschartigkeit) messtechnisch erfasst. Nach Zerspanversuchen wurden die auftretenden Verschleißerscheinungen besonders hinsichtlich Veränderungen der Mikrogeometrie bzw. Ausbildung der einzelnen Verschleißarten in Abhängigkeit von den variierten Eingangsgrößen beurteilt.
|