Zerspanverhalten beim Schleifen von Wolframkarbid-Hartmetallen mit mehrphasigen alternativen Binderwerkstoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538782306

Aufgrund ihrer hohen Bruchzähigkeit in Kombination mit einer hohen Härte werden Hartmetalle z.B. für Zerspan- und Umformwerkzeuge und andere verschleißfeste Bauteile verwendet. Hartmetalle sind bedingt durch ihre Werkstoffeigenschaften schwer zerspanbar und werden meistens schleiftechnisch bearbeitet. Unter anderem aufgrund der sozialen, ökologischen sowie ökonomischen Vorbehalte gegenüber Kobalt (Co) werden immer häufiger von Co abweichende oder Co-reduzierte Binderwerkstoffe verwendet. Gegenwärtig ist das Zerspanverhalten bei der Schleifbearbeitung von Hartmetallen mit mehrphasigen alternativen Binderwerkstoffen nicht ausreichend erforscht. Die Ergebnisse dieses Vorhabens sollen zum verbesserten Verständnis der Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge (UWZ) zwischen den Prozesseingangs-, Prozesszustands- und Prozessergebnisgrößen beim Schleifen von Hartmetallen mit alternativen Binderwerkstoffen sowie zur wissensbasierten Auslegung des Schleifprozesses von Hartmetallen mit mehrphasigen, alternativen Binderwerkstoffen beitragen. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Modells für die Zerspanung bei der Schleifbearbeitung von Hartmetallen mit von Co abweichenden, mehrphasigen Binderwerkstoffen. Anhand von Hartmetallen mit Wolframkarbid (WC) als Hartstoff und variierenden Binderwerkstoffen soll der Einfluss des Phasenverbundes auf das Zerspanverhalten qualitativ und quantitativ beschrieben werden. Aufbauend auf dem Modell von BIFANO und WIRTZ sind die UWZ zwischen den Prozesseingangs-, Prozesszustands- und Prozessergebnisgrößen zu erforschen und in einem heuristischen Modell abzubilden. Das Modell von WIRTZ muss dazu bezüglich der Dimension der unterschiedlichen Werkstoffphasen hinterfragt und erweitert werden. Folglich muss der Einfluss der Werkstoffzusammensetzung auf das Zerspanverhalten und das Prozessergebnis in Form von Randzonenschädigungen untersucht werden. Das Arbeitsprogramm ist in fünf Arbeitspakete (AP) gegliedert. Im AP1 werden die zu untersuchenden Hartmetalle auf Basis von Werkstoff- und Gefügekennwerten auf makro- und mikroskopischer Ebene charakterisiert. In AP2 werden mit Hilfe der Einkornritzuntersuchungen, die eine Analogie zum Schleifprozess darstellen, das Zerspanverhalten und die Randzonenausbildung untersucht. Die Ergebnisse aus AP2 fließen sowohl in das qualitative Erklärungsmodell als auch in das quantitative Berechnungsmodell ein. Das qualitative Erklärungsmodell wird zusätzlich durch die Analyse von Hochgeschwindigkeitskamera-Aufnahmen in AP3 ergänzt. In AP4 soll die Übertragbarkeit der gewonnenen Erkenntnisse anhand von Schleifversuchen überprüft werden. Dazu werden über die Prozessparameter gezielt mittlere Spanungsdicken eingestellt. Eine Verifikation der Ergebnisse findet über die Analyse der geschliffenen Oberflächen statt. In AP5 wird ein qualitatives Erklärungsmodell für die Zerspanung sowie ein quantitatives Berechnungsmodell der werkstoffspezifischen, kritischen Spanungsdicke entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen