PVD-Technologie (Werkzeuge)

 

Laufende Projekte

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Portraitfoto Kalscheuer © Urheberrecht: Carl Brunn

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Dr. Christian Kalscheuer

Oberingenieur und Gruppenleiter PVD-W

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+49 241 80-96512

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Entwicklung eines Greybox-Modells zur Verschleißprognose PVD-beschichteter Hartmetallwerkzeuge bei der Hochleistungsdrehbearbeitung von Stählen

Kurzbeschreibung:

Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Greybox-Modells zur treffsicheren Prognose der Standzeit und Restlebensdauer PVD-beschichteter Hartmetallwerkzeuge bei der Hochleistungsdrehbearbeitung von Stählen. Hierzu wird eine Kopplung analytischer Whitebox-Modelle zur Bestimmung der instationären thermomechanischen Beanspruchungen im Zerspanprozess und experimentell ermittelten Maschinendaten sowie Schichteigenschaften und Verschleißfortschritt mittels auf maschinellem Lernen basierender Blackbox-Modelle zugrunde gelegt. Zunächst werden TiAlCrSiN- und TiAlCrSiON-Schichten auf Wendeschneidplatten abgeschieden und charakterisiert. Anschließend erfolgt die Ermittlung der temperaturabhängigen elastisch-plastischen Schicht­eigenschaften sowie des System­verhaltens. Die beschichteten Werkzeuge kommen anschließend in der Schruppdrehbearbeitung der Vergütungsstähle C45 und 42CrMo4 zum Einsatz. Zerspanversuche mit in situ-Erfassung der Prozesszustandsgrößen und Fokus auf die Übergangszone von linearem zu progressivem Werkzeug­verschleiß bilden die experimentellen Grundlagen zur quantitativen Werkzeug­schadensanalyse. Abschließend erfolgen die Entwicklung und Validierung eines Greybox-Modells zur Prognose der Werkzeugstandzeit.

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: BO 1979/99-1
Laufzeit: 01.07.2023 bis 30.06.2026
 
 

Grundlagenuntersuchungen zur simulativen Auslegung und wissensbasierten Herstellung von PVD-beschichteter Zerspanwerkzeuge für die Drehbearbeitung

Kurzbeschreibung:

Ziel des Vorhabens ist die Verfügbarkeit grundsätzlicher Erkenntnisse über den Wirkzusammenhang zwischen Schichteigenschaften, wie Schichtmorphologie, Schichtdicke, Schichthärte und Eigenspannungen, der Schneidkantenmikrogeometrie und den resultierenden Verschleiß- und Versagensphänomenen bei der Drehbearbeitung im kontinuierlichen und unterbrochenen Schnitt. Diese Erkenntnisse dienen der Entwicklung und Validierung einer simulationsbasierten Auslegungsmethode für PVD-beschichtete Hartmetallwerkzeuge mit angepasster Schneidenmikrogeometrie. Zusätzlich werden im Rahmen der Grundcharakterisierung der beschichteten Hartmetallwerkzeugen Kenntnisse über den Einfluss der gewählten Beschichtungsparameter auf di resultierenden Schicht-, Verbund- und Systemeigenschaften generiert. Die Herstellung der TiAlSiN-Schichten erfolgt in direct current Magnetron Sputtering (dcMS) / High Power Pulse Magnetron Sputtering (HPPMS)-Beschichtungsprozessen mittels einer industriellen Beschichtungsanlage.

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: BO 1979/82-1
Laufzeit: 01.12.2021 bis 30.11.2024
 
 

Einfluss von HPPMS-Pulsparametern auf die Stöchiometrie und die Bildung von Reaktionsschichten auf nitridischen Hartstoffschichten für die Zerspanung

Kurzbeschreibung:

Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens besteht in einem Erkenntnisgewinn über den Einfluss der chemischen Zusammensetzung von TiAlCrSiON-Nanokompositen auf die Interaktion mit Stahl unter tribologischer Beanspruchung und auf das Schadenskollektiv in der Zerspanung. Nach der Schichtherstellung wird ein Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf die weiteren Schichteigenschaften und auf die Haftung gegenüber Hartmetall untersucht. Durch Einsatz der tribologischen Modelltests wird das Beanspruchungskollektiv, das beim Fräsen auftritt, nachgebildet. Hierbei werden grundlegende Zusammenhänge der Schichteigenschaften mit dem Reibungsverhalten und der Reaktionsschichtbildung im tribologischen Systemtest erforscht. Es wird zudem untersucht, ob sich durch einen gesteigerten Aluminium- und Sauerstoffgehalt der Verschleiß in den Systemtests reduzieren lässt. Schließlich wird untersucht, ob sich die in den Systemtests gefundenen Zusammenhänge auf Feldversuche übertragen lassen. Hierbei wird die Ausprägung der grundlegenden Schadensmechanismen im Zerspanprozess in Abhängigkeit des Reibungsverhaltens erforscht. Poster BO 1979/48-2

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: BO 1979/48-2
Laufzeit: 01.10.2021 bis 31.03.2024