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 Schneid-kantenverrundung, welche die wesentliche Voraussetzung für eine hohe Werkstückqualität (geringe Oberflächenrauheit, hohe Maßhaltigkeit, grat- und delaminationsfreie Bearbeitung bei Verbundwerk-stoffen) darstellt.

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Nachteilig sind jedoch eine kurze Lebens-dauer und somit hohe werkzeugabhängige Kosten. Zur Steigerung der Leistungsfähig-keit spanender Mikro- und Feinbe-arbeitungswerkzeuge 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 Mikro-elektronik 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 Hoch-leistungswerkzeuge,
  • anwendungsbezogener Herstellung der Mikrogeometrie und Topografie an Schneidkanten und Spannuten,
  • Schichtwerkstoff und Schichtaufbau,
  • Einsatzbedingungen der ALD- Technologie im Vergleich zur Ionenstrahltechnologie,
  • anwendungsbezogenen Auslegungskriterien der Werkzeug-gestalt und deren Dimensionierung,
  • Prüf- und Auswertestrategien sowie der prozessbegleitenden Qualitätsüberwachung,
  • qualitativer Bewertung beschichteter Werkzeuge und Überwachung funktionsrelevanter Merkmale,
  • Kriterien (technisch und wirtschaftlich) für eine Anlagen-entwicklung der Vorzugsvariante.

Verbundpartner

KSG Leiterplatten GmbH

scia systems

GESAU Werkzeuge

BTC Beschichtungstechnik

ITW Chemnitz

Westsächsische Hochschule Zwickau

Gefördert durch:

Säschsische Aufbaubank

EFRE EU