Schleifbearbeitung von Keramik-Hartmetall-Verbunden

Würz, E.

Für den Einsatz von aktivgelöteten Verbunden aus Keramik und Hartmetall existiert ein breites Anwendungsgebiet im Bereich der Verbundwerkzeuge, um den Verschleiß an Zerspanungs-, Umform- und Schneidwerkzeugen zu reduzieren. Dafür wird das metallische Grundmaterial an Bereichen mit extremen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Beanspruchungen durch ein keramisches subsituiert, da dieses sich gegenüber dem metallischen durch eine hohe chemische Verschleißbeständigkeit und sehr hohe Warmhärte auszeichnet. Beispielsweise findet ein aktivgelöteter Siliziumnitrid-Metall-Werkstoffverbund bei Schneidstempeln, Gesenkmatrizen und Bohrwerkzeugen für Bohrungen mit einem geringen L/D-Verhältnis Anwendung. Allerdings haben Schneidkeramiken bei Bohrwerkzeugen bisher nur eine geringe Verbreitung bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und werden fast ausschließlich bei Wendeplattenbohrern verwendet, deren Durchmesserbereich aufgrund von konstruktiven Einschränkungen oberhalb von etwa 20 mm beginnt. Für kleinere Durchmesserbereiche bieten sich Keramik-Hartmetall-Verbundbohrwerkzeuge an, die aus einem Hartmetallschaft mit einem stoffschlüssig gefügten keramischen Schneidteil bestehen und unter Verzicht auf Kühlschmierstoff für die Bohrbearbeitung von steadithaltigem, lamellarem Grauguss, der im Maschinen- sowie im massenfertigungsorientierten Automobil- und Motorenbau sehr weit verbreitet ist, eingesetzt werden können.

Die Schleifbearbeitung solcher Keramik-Hartmetall-Verbundbohrwerkzeuge stellt eine besondere Herausforderung dar, da die spezifischen Eigenschaften der keramischen Werkstoffe, wie die hohe Härte, Sprödigkeit und chemische Schockempfindlichkeit, einer spezielle Berücksichtigung bei der schleifenden Bearbeitung erfordern und teilweise denen Eigenschaften des Hartmetallgrundkörpers zuwiderlaufen. Deshalb beinhaltet die vorliegende Dissertation die Ergebnisse der grundlegenden Untersuchungen zur schleifenden Bearbeitung der beiden Materialien getrennt voneinander sowie zum Schleifen von aktivgelöteten Keramik-Hartmetall-Schichtverbunden. Zur Beurteilung des Prozessergebnisses wurden die während des Schleifprozesses aufgetretenen Schleifprozesskräfte, der radialen Schleifscheibenverschleiß sowie die Oberflächengüte der geschliffenen Werkstücke herangezogen. Für die globale Betrachtung der thermischen Belastungen während des gesamten Schleifprozesses der Keramik-Hartmetall-Schichtverbunde wurde zusätzlich eine geeignete Finite-Elemente-Simulation entwickelt und angewendet. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend auf den Schleifprozess für die Keramik-Hartmetall-Verbundbohrwerkzeuge übertragen und die so erzeugten Bohrwerkzeuge in Einsatzversuchen eingesetzt.

Veröffentlicht als

Dissertation, Technische Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2011, ISBN 978-3-8027-8767-6