Maßgeschneiderte Werkzeuglösungen zur Zerspanung neuer Werkstoffe
Moderne Werkzeuge sind daher heute oft aus hochentwickelten Werkstoffverbunden. Hartmetalle weisen wegen ihrer hohen Härte und der dennoch vorhandenen Zähigkeit ein hohes Potential als Trägermaterial auf, das mit verschleißbeständigen Hartstoffschichten überzogen wird. Das Trägermaterial muss eine so hohe Härte aufweisen, dass es im Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück nicht plastisch deformiert wird. Die Schichten haben die Aufgabe, das Werkzeug gegen Verschleiß durch Adhäsion, Abrasion oder Oxidation zu schützen.
Hartmetalle sind extrem widerstandsfähige Verbundwerkstoffe mit keramischer Hartphase und metallischer Bindematrix. Die Hartmetalle zeichnen sich durch eine einzigartige Kombination aus Härte, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit aus – denn die Spannungen, bei denen sich Hartmetall zu verformen beginnt, sind bis zu zweimal so hoch wie bei den aktuell verfügbaren festesten Stählen. Diese große Widerstandsfähigkeit gegen bleibende Verformung ermöglicht höhere Werkzeugbelastungen und eröffnet neue Einsatzgebiete für Hartmetallwerkzeuge.
Werkzeuge wissensbasiert designen
Die Schneidkanten von Werkzeugen sind hohen Temperaturen, mechanischen Spannungen und tribologischen Belastungen ausgesetzt. Für das Trägermaterial sind die lokal wirkenden Temperaturen und die mechanischen Spannungen entscheidend. Numerische Simulationen des Schneidprozesses sind die Basis für eine detaillierte Analyse der in einem Werkzeug auftretenden Temperaturen und Spannungen: In vielen Werkzeugen kommt es in Schneidkantennähe zu plastischen Verformungen, die wiederum den Aufbau von Eigenspannungen zur Folge haben. Um die auftretenden Phänomene quantitativ beschreiben zu können, müssen neben den physikalischen vor allem die mechanischen Eigenschaften detailliert, d.h. temperatur- und dehnratenabhängig, bekannt sein.
Am Materials Center Leoben wurden in den letzten Jahren ausgeklügelte Prüfmethoden zur Ermittlung der mechanischen Materialeigenschaften von Hartmetallen entwickelt. Diese werden in numerischen Modellen verwendet, um die Reaktion des Hartmetallsubstrates auf die Belastung im Schneidprozess vorausberechnen zu können.
Bedeutung
Der kombinierte experimentelle und numerische Entwicklungsansatz liefert neue Erkenntnisse fu?r ein wissensbasiertes Design von Schneidwerkzeugen und ermöglicht entscheidende Steigerungen der Produktivität, die überschreitung bestehender Prozessgrenzen und eröffnet damit neue Einsatzgebiete. Die neuen Erkenntnisse haben bereits erste positive Resultate hinsichtlich der Auswahl geeigneter Hartmetallsorten für spezifische Schneidanwendungen erbracht.