Auswahl und Einsatz von polykristallinem kubischem Bornitrid beim Drehen, Fräsen und Reiben

Kress, J.

Mit der vorliegenden Arbeit sollen die theoretischen und praktischen Grundlagen für den wirtschaftlichen Einsatz von polykristallinem kubischen Bornitrid (PKB) beim Drehen, Fräsen und Reiben geschaffen werden. Da PKB sehr viel teurer ist als die Schneidstoffe, die es ersetzen soll, sind die Auswahl der geeignetsten Sorte und die richtige Anwendung von entscheidender Bedeutung für seinen wirtschaftlichen Einsatz. Deshalb wurde im Rahmen dieser Arbeit untersucht, nach welchen Kriterien PKB-Sorten auszuwählen sind und wie sie eingesetzt werden können, damit ein möglichst langsam voranschreitender Freiflächenverschleiß als dominierende Verschleißerscheinung erreicht wird.

In diesem ersten Schritt wurden dazu der Einfluss des Herstellungsprozesses und der Zusammensetzung (bezogen auf c-BN-Gehalt, Binder und Korngröße) auf die physikalischen Eigenschaften von PKB beschrieben. Weiterhin erfolgte eine Untersuchung der Anwendungsgebiete von PKB und seiner Vorteile gegenüber anderen Schneidstoffen. In einem zweiten Schritt wurden die Einflussfaktoren auf zwei Variablen zurückgeführt – die bruchmechanischen und die tribologischen Beanspruchungen. Sie bildeten die Basis für ein Modell, dass eine Verbindung von der Zusammensetzung und den daraus resultierenden Eigenschaften des PKB zur Schneidenbeanspruchung und den Verschleißmechanismen herstellt. In einem dritten Schritt wurden Zerspanversuche durchgeführt. Bei Versuchen zur Hartbearbeitung sollte geklärt werden, nach welchen Kriterien PKB-Sorten auszuwählen sind. Der Vergleich mit anderen Schneidstoffen zeigte auf, inwiefern PKB für die Bearbeitung von globularem Grauguss und Sinterstählen geeignet ist. An den Beispielen Hartdrehen und Reiben von globularem Grauguss wurde der Einfluss der Schneidengeometrie auf das Verschleißverhalten und damit die Werkzeugstandzeit bestimmt.

Im Ergebnis zeigte sich, dass die bruchmechanischen Beanspruchungen und drei der vier tribologischen Beanspruchungsarten (Oberflächenzerrüttung, Abrasion, Adhäsion) dieselben Herausforderungen an die Schneidstoffzusammensetzung stellen. Das PKB sollte in diesem Fall über einen hohen c-BN-Gehalt, eine geringe Korngröße und einen Metall- beziehungsweise TiN/TiC Binder verfügen. Die tribochemischen Reaktionen als vierte tribologische Beanspruchungsart erfordert dagegen einen niedrigen c-BN-Gehalt, eine grobe Korngröße sowie einen TiN- oder TiC Binder. Die Zerspanversuche zur Hartbearbeitung und zum Vergleich mit alternativen Schneidstoffen bestätigten diesem Zusammenhang. Allerdings ist das Prozessfenster, bei dem PKB deutliche Vorteile gegenüber anderen Schneidstoffen aufweist, bei der Bearbeitung von Sinterwerkstoffen und globularem Grauguss klein. Die Versuche zur Schneidkantengestaltung zeigten, dass der auszuwählende Fasenwinkel nicht nur von der Bearbeitung sondern vor allem von der PKB-Sorte bestimmt wird.

Anhand der theoretischen und praktischen Untersuchungen konnte das divergierende Schneidverhalten von PKB-Sorten mit unterschiedlicher Zusammensatzung erklärt werden. Eine Untersuchung des Schneidverhaltens von Sorten mit nominell gleicher Zusammensetzung wäre eine sinnvolle Ergänzung der gewonnenen Erkenntnisse.

Veröffentlicht als

Dissertation Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2007, ISBN 978-3-8027-8741-6