Abstract:

In dieser Arbeit wurden Bohrungen mittels Zirkularfräsen in stahlverstärkte Aluminiumstrangpressprofile eingebracht. In den Versuchen ging es um die Untersuchung der Auswirkungen von verschiedenen Hartmetallzusammensetzungen auf die Standzeit und die Bohrungsqualität. Dabei wurden die Zustellung und die Lage des Verstärkungselementes innerhalb der Bohrung variiert, um eine möglich Einfluss aufzuzeigen. Zusätzlich erfolgten Versuche bei der Bearbeitung im Gegenlauf zur Analyse der allgemeinen Machbarkeit. Bei den Versuchen kamen Einzahnfräser zum Einsatz, welche sowohl beschichtet als auch unbeschichtet waren. Zu den Hartmetallen gehörten drei Feinkorn (HW1 bis HW3) und zwei Ultra-Feinkorn (HW4, HW5) Hartmetallsorten mit unterschiedlichem Wolframcarbid- und Kobaltgehalt. Des Weiteren ein Werkzeug (HW3b), welches mit einem Seitenschliff versehen war, um den Einfluss der Werkzeugform charakterisieren zu können. Die Beschichtung bestand aus einer Mehrlagenbeschichtung mit TiAlN als Grundschicht und einer Wolfram dotierten amorphen Kohlenstoff als Deckschicht. Bei der Anfertigung der Gefügebilder fiel ein Unterschied im Beschichtungsaufbau der Werkzeuge auf. Das Werkzeug mit dem Seitenschliff (HC3b) war mit einer Multilagenbeschichtungen versehen. Statt einer TiAlN/a-C:H:W-Beschichtung befand sich darüber eine zweite TiAlN/a-C:H:W Schicht. Dadurch kam es zu Veränderung der Schneidkantenverrundung. Zudem wies das HW3b einen anderen Anschliff auf als die restlichen Werkzeuge. Alle Hartmetallsorten wurden bezüglich der erreichbaren Standzeit und Bohrungsqualität untersucht. Das Standzeitende markierte das Erreichen einer kritischen Verschleißmarken-breite von VBmax = 300 µm, oder ein Werkzeugbruch, was als katastrophales Versagen ein-stuft wurde. Die Kriterien der Bohrungsqualität bildeten die Gratbildung, Durchmesser- und Rundheitsabweichungen sowie die Oberflächenrauheit der Bohrungswand. Für die Grathöhe galten Werte oberhalb von h0max = 300 µm als ungenügend. Für die Rauheit und Rundheit sowie den Durchmesser erschien ein Grenzwert nicht sinnvoll. Lediglich bei der Rundheit und dem Durchmesser galt das erreichen der ISO-Toleranzklasse IT6 als angestrebte Zielgröße. Bei der Standzeitermittlung zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen den beschichteten und unbeschichteten Hartmetallsorten sowie zwischen den Zustellungen von ap = 2,5 mm und ap = 3 mm. Bis auf das Multilagen beschichtete HC3b lagen alle anderen beschichteten Sorten eindeutig unterhalb der erreichten Standzeiten im unbeschichteten Zustand, unab-hängig von der gewählten Zustellung. Hieraus folgt der Schluss, dass eine Multilagenbeschichtung zu einer effektiveren Verschleißminderung beiträgt als eine einfache Mehrlagenbeschichtung. Ebenfalls zustellungsunabhängig war das katastrophale Versagen der Ultra-Feinkorn-Hartmetalle. Da dies auch für den beschichteten Zustand der Werkzeuge galt, sind die verwendeten Ultra-Feinkorn-Hartmetallsorten für eine Bearbeitung von verstärkten Aluminiumprofilen als unzureichend einzustufen. Im unbeschichteten Zustand zeigte die Hartmetallsorte HW1 die längsten Standzeiten, was für beide Zustellungen gültig ist. Bis auf das Hartmetall HW3 konnte kein, beziehungsweise nur ein geringer Einfluss der Lage des Verstärkungselementes auf das Standzeitergebnis festgestellt werden. Bei der Standzeitermittlung im Gegenlauf überraschten die Sorten HW1-HW3 mit hohen Werten, dafür war die erreichte Bohrungsqualität in allen Bereichen mehr als ungenügend. Die Bohrungsqualitäten beim Gleichlauffräsen zeigten neben der Hartmetallsorte und der Zustellung einen großen Einfluss der Werkzeuggestalt und der Beschichtung. Des weiteren waren alle gefertigten Bohrungen konisch. Das heißt, über die gesamte Bohrtiefe wurde eine Durchmesserreduktion festgestellt, und es zeigten sich deutlich Rattermarken an der Boh-rungswand. Dies deutet auf Schwingungen und Ablenkungen des Werkzeuges hin, die aus dem kleinen Querschnitt resultieren. Neben den Rattermarken bildete sich die Bohrungsoberfläche vornehmlich aus Matrixpartikeln, die sich zum einen in die Oberfläche gedrückten und zum anderen an den Werkzeugen hafteten. Dies Anhaftungen sorgten zusammen mit dem Verstärkungselement für minimale Ablenkungen, welche für stark schwankenden Rundheitsabweichungen verantwortlich waren. Durch den Seitenschliff konnte eine leichte Verbesserung am unbeschichteten Hartmetall HW3b festgestellt werden. Mit der verwendeten Beschichtung sollten die Anhaftungen reduziert werden, was jedoch nur bei der Multilagenbeschichtung gelang. In Kombination mit dem Seitenschliff erzielte das beschichtete HC3b neben sehr guter Standzeiten auch die niedrigsten Rundheits- und Durchmesserabweichungen. Auch die Gratbildung war im Vergleich mit den anderen Hart-metallsorten wesentlich geringer ausgeprägt. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit lässt sich sagen, dass sich mit der Hartmetallsorte HW3, der Multilagenbeschichtung und Werkzeug-gestalt des HW3b eine hohe Prozesssicherheit bei der zirkularen Bearbeitung von stahlverstärkten Aluminiumstrangpressprofilen, gewährleistet werden kann. Durch eine Substitution der Hartmetallsorte durch die Sorte HW1 könnte die Prozesssicherheit noch gesteigert werden, was aber weitere Versuche in diese Richtung erfordert.