Untersuchung des Werkzeugverschleißes in der Drehbearbeitung durch den Einsatz neuer Hartstoffschichten

Abstract

Die Anforderungen der Industrie an Zerspanungswerkzeugen, hinsichtlich der Standzeit, nehmen vor allem aufgrund des Strebens nach einer höheren Wirtschaftlichkeit durch kürzere Bearbeitungszeiten und Stillstandszeiten zu. Daher gibt es eine Vielzahl an Forschungsaktivitäten im Bereich der Weiter- bzw. Neuentwicklung von Hartstoffschichten, welche zur Verbesserung der Standzeit auf Zerspanungswerkzeugen beschichtet werden. In dieser Arbeit werden Außenlängsdrehversuche im Trockenschnitt am Werkstoff C45 durchgeführt, um das Verschleiß-, Kraft- und Temperaturverhalten der neuartigen Hartstoffschichten TiAlCeTaN, WB2 und WTaB2, welche mit der PVD-Beschichtungsanlage Noreia - des Institutes für Materialwissenschaften und Technologie der TU Wien - auf den Hartmetall-Wendeschneidplatten SCMW120408 der Firma Boehlerit der Anwendungsgruppe P25 beschichtet sind, zu charakterisieren. Als Referenz dienen hierzu die bereits etablierten Hartstoffschichten TiN und TiAlN welche ebenfalls mit der zuvor genannten Beschichtungsanlage hergestellt sind.Mithilfe von zwei unterschiedlichen Versuchsaufbauten werden einerseits der Verschleißverlauf und die Verläufe der Zerspanungskräfte über dem Schnittweg und andererseits die sich konstant einstellenden Temperaturen auf der Spanfläche und der Spanoberseite ermittelt. Diese Kombinationen der Schnittparameter werden untersucht: Schnittparameter 1: vc = 90 m/min, f = 0,1 mm/U, ap = 1 mm; Schnittparameter 2: vc = 90 m/min, f = 0,2 mm/U, ap = 1 mm; Schnittparameter 3: vc = 300 m/min, f = 0,1 mm/U, ap = 1 mm; Schnittparameter 4: vc = 300 m/min, f = 0,2 mm/U, ap = 1 mm. Zur Erstellung der Verschleißverläufe (die Verschleißmarkenbreite VB auf der Freifläche über dem Schnittweg), wird ein Versuchsplan entwickelt, der jeweils nach einem Schnittweg Lm von 100 m, 250 m, 500 m, 750 m und 1000 m eine Werkzeugvermessung vorsieht. Hauptabbruchkriterium ist hierbei die zulässige Verschleißmarkenbreite VBZUL = 200 μm. Während dieser Versuche werden die Zerspanungskräfte mithilfe einer Kraftmessplatte aufgezeichnet und anschließend die Verläufe über den Schnittweg erstellt. Die Temperaturen werden separat, auf dem zweiten Versuchsaufbau mithilfe eines 2-Farben-Pyrometers mit Laseroptik, gemessen.

The industry's demands on cutting tools, regarding to the tool life, are increasing, mainly due to the striving for higher efficiency through shorter machining times and downtimes. Therefore, there are a lot of research activities in the field of further or new development of hard coatings, which are applied to cutting tools to improve the tool life.In this thesis, external longitudinal turning tests in dry cutting are carried out on the material C45 in order to characterize the wear, force and temperature behaviour of the novel hard coatings TiAlCeTaN, WB2 and WTaB2, which are applied with the PVD coating machine Noreia - of the Institute for Material Science and Technology of the Vienna University of Technology - on the carbide inserts SCMW120408 of the company Boehlerit of the application group P25. The already established hard material coatings TiN and TiAlN, which are also produced with the mentioned coating system, serve as a reference.Using two different test setups, the wear curve, and the course of the cutting forces over the cutting path are determined, as well as the constantly occurring temperatures on the cutting face and chip top. These combinations of cutting parameters are investigated: Cutting parameters 1: vc = 90 m/min, f = 0,1 mm/U, ap = 1 mm; Cutting parameters 2: vc = 90 m/min, f = 0,2 mm/U, ap = 1 mm; Cutting parameters 3: vc = 300 m/min, f = 0,1 mm/U, ap = 1 mm; Cutting parameters 4: vc = 300 m/min, f = 0,2 mm/U, ap = 1 mm. To establish the wear curves (flank wear width VB on the tool flank over the cutting path), a test plan is developed which provides tool measurements after a cutting path Lm of 100 m, 250 m, 500 m, 750 m and 1000 m. The main abort criterion here is the maximum flank wear width VBZUL = 200 μm. During these tests, the cutting forces are recorded with the help of a force plate and then the courses over the cutting path are plotted. The temperatures are measured separately on the second test set-up using a 2-colour pyrometer with laser optics.