Entwicklung beschichteter Mikrozerspanungswerkzeuge auf Basis von Nanoverschleißschutzschichten

Zielstellung

In einer Vielzahl von Industrie­zweigen, wie beispielsweise der Medizin­technik, dem Automobil­bau, der Luft- und Raumfahrt, dem Werkzeug- und Formenbau sowie der Mikro­elektronik, muss bei speziellen spanenden Bearbeitungs­­prozessen bisher auf un­beschichtete, extrem scharf geschliffene Bearbeitungs­­werkzeuge zurück­gegriffen werden. Grund ist die erforderliche minimale Schneid­kanten­verrundung, welche die wesentliche Voraussetzung für eine hohe Werk­stück­qualität (geringe Ober­flächen­­rauheit, hohe Maß­haltigkeit, grat- und delaminations­­freie Bearbeitung bei Verbund­werkstoffen) darstellt.

Nachteilig sind jedoch eine kurze Lebens­dauerund somit hohe werkzeug­abhängige Kosten. Zur Steigerung der Leistungs­fähigkeit spanender Mikro- und Fein­bearbeitungs­werkzeuge und zur Erschließung weiterer Potenziale zur Kosten­einsparung und Qualitäts­verbesserung bedarf es extrem dünner, verschleißfester Hartstoff­schichten.

Einen vielversprechenden Lösungs­ansatz hierfür bieten die ALD-Beschichtungs­technologie (ALD – Atomic Layer Deposition) und die Ionenstrahl-Beschichtungs­technologie (DIBD – Dual Ion Beam Deposition), die bisher vorwiegend für funktionale Schichten auf Bauteilen im Bereich der Mikro­elektronik und der Solar­technik Anwendung fanden. Die Ziele des Verbund­projektes konzentrieren sich auf die Schaffung wissenschaftlich-technischer Voraussetzungen zum prozesssicheren, industriellen Einsatz der ALD- und der Ionenstrahl-Beschichtungs­technik im Vergleich zu PVD Beschichtungen und Abgrenzung der Einsatz­gebiete. Die FuE-Aufgaben, die der Gewinnung von Erkenntnissen zur Herstellung und dem Einsatz neuartiger beschichteter Werkzeuge dienen, sollen in einem Verbund aus gewerblichen Unternehmen und FuE-Einrichtungen gelöst werden.

Geplanter Lösungsweg

Der hierzu verfolgte Lösungs­weg stützt sich auf theoretische und experimentelle Untersuchungen zu:

  • Werkzeugkonzept hinsichtlich Grund­körper­aufbau, Duktilität und Geometrie,
  • Maschinen­technik und Technologie­optimierung für Hochleistungs­werkzeuge, anwendungs­bezogener Herstellung der Mikrogeometrie und Topografie an Schneidkanten und Spannuten,
  • Schichtwerkstoff und Schichtaufbau,
  • Einsatz­bedingungen der ALD- Technologie im Vergleich zur Ionenstrahltechnologie,
  • anwendungsbezogenen Auslegungs­kriterien der Werkzeuggestalt und deren Dimensionierung,
  • Prüf- und Auswertestrategien sowie der prozessbegleitenden Qualitätsüberwachung,
  • qualitativer Bewertung beschichteter Werkzeuge und Überwachung funktionsrelevanter Merkmale,
  • Kriterien (technisch und wirtschaftlich) für eine Anlagenentwicklung der Vorzugsvariante.

Verbundpartner

Gefördert durch