Herstellung und Einsatzverhalten von Keramik-Hartmetall-Verbundbohrwerkzeugen

Peters, C.

Bei zahlreichen Anwendungsfällen in der spanenden Fertigung ermöglicht der Einsatz von Schneidkeramiken eine im Vergleich zu konventionellen Schneidstoffen deutliche Steigerung der Produktionsleistung. Insbesondere bei der Gussbearbeitung, die einen großen Anteil an den im Maschinenbau durchzuführenden Fertigungsoperationen einnimmt, werden keramikbestückte Werkzeuge seit langem für die Schrupp- und Schlichtbearbeitung bei Dreh- und Fräsprozessen verwendet. Auch für die Bohrungsherstellung existieren bereits Werkzeuge mit Keramikschneiden, bei denen es sich jedoch in der Regel um schneidplattenbestückte Bohrwerkzeuge handelt, deren Einsatzgebiet auf größere Durchmesser beschränkt ist. Durch den Einsatz von Verbundwerkzeugen, die aus einem Hartmetallschaft mit einer stoffschlüssig gefügten Keramikschneide bestehen, ist es möglich, die Eigenschaftsvorteile keramischer Schneidstoffe auch im kleineren Durchmesserbereich zu nutzen. Aufgrund der spezifischen Eigenschaften der verwendeten Fügepartner stellen derartige Bohrer jedoch hohe Anforderungen an die Werkzeuggestaltung und den Herstellungsprozess.

Die vorliegende Dissertation beinhaltet die Ergebnisse von Grundlagenuntersuchungen zur Herstellung sowie zum Einsatzverhalten von Keramik-Hartmetall-Verbundbohrwerkzeugen und stellt damit die Basis für eine erfolgreiche Anwendung dieses Werkzeugkonzeptes dar. Der Fokus der Arbeit liegt zum einen auf der Entwicklung einer sowohl herstellungs- als auch einsatztechnisch günstigen Werkzeuggestalt. Ein wesentliches Hilfsmittel stellt in diesem Zusammenhang die Anwendung der Finite-Elemente-Methode zur Ermittlung geeigneter Fügestellenkonturen unter Berücksichtigung der Beanspruchungen aus dem Lötprozess, der Erzeugung der Werkzeugendkontur und des Bohrvorgangs dar. Zum anderen werden angepasste Prozessstrategien für die einzelnen zur Herstellung des Verbundwerkzeugs erforderlichen Fertigungsschritte vorgestellt. Die Ergebnisse von Einsatzversuchen zeigen schließlich die Vorteile, die das neuartige Werkzeugkonzept gegenüber konventionellen Vollhartmetallbohrern bei der Bearbeitung von Gusswerkstoffen aufweist. Hier sind vor allem eine signifikante Reduzierung der Hauptzeit, die Verbesserung der Bohrungsqualität sowie ein günstigeres Verschleißverhalten zu nennen. Da der Einsatz des Verbundbohrwerkzeugs zudem einen trockenen Bearbeitungsprozess ermöglicht, kann nicht nur ein wirtschaftlicher, sondern auch ein umweltverträglicher Fertigungsvorgang gewährleistet werden.

Veröffentlicht als

Dissertation Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2006, ISBN 3-8027-8731-5, ISBN 978-3-8027-8731-7