Werkzeuge für die Produktion von morgen

Moderne und prozesssichere Werkzeuge sind die Basis für effektive Fertigungsprozesse.

Das Fraunhofer IKTS präsentiert erstmalig auf der EMO 2013 am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 13/A54 hochpräzise und extrem langzeitstabile Werkzeuge, die sich durch eine sehr vorteilhafte Kombination von Härte und Festigkeit auszeichnen.

Ein eigens entwickelter Demonstrator veranschaulicht zudem, wie Stoßeinwirkungen auf Werkzeuge, Maschinen und Anlagen effizient, flexibel und vergleichsweise kostengünstig aktiv gedämpft werden können.

Hartmetalle, Cermets, verschiedene Keramiken sowie Diamant-Verbundwerkstoffe können je nach Zusammensetzung und Gefüge ein breites Eigenschaftsspektrum abdecken. Diese Vielfalt ermöglicht den Einsatz als Schneid- und Umformwerkzeuge bei der Metall-, Holz- und Gesteinsbearbeitung. Hochleistungswerkstoffe für Wendeschneidplatten, Vollhartmetallbohrer und -fräser, Stanzwerkzeuge oder Sägeblätter werden am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS nach Kundenwunsch bereitgestellt. Für Sonderanwendungen werden angepasste Material- und Formgebungskonzepte entwickelt.

Weltweit führend im Nanobereich

Hartmetalle bestehen aus einem harten Wolframcarbid-Skelett und einem zähen Bindermetall wie Cobalt, Nickel oder Eisen. Für Anwendungen, bei denen eine hohe Härte benötigt wird, kann dies durch eine Reduzierung des Bindergehalts und/oder der Korngröße realisiert werden. Bei der Herstellung nanoskaliger Werkzeugwerkstoffe ist das Fraunhofer IKTS weltweit führend. Am Institut entwickelte nanoskalige Wolframcarbid-Cobalt-Hartmetalle erlauben eine außerordentlich vorteilhafte Kombination von Härte und Festigkeit, welche die Eigenschaften konventioneller Hartmetalle übertrifft. Eine nanoskalige Wolframcarbid-Keramik erreicht eine Härte HV10 von 3000 Vickers-Härteeinheiten.

Oberflächeneigenschaften für höchste Ansprüche

Die reine Wolframcarbid-Keramik, auch binderfreies Hartmetall genannt, weist außergewöhnliche Eigenschaften auf. Durch das Fehlen des metallischen Binders zeichnet sich die Wolframcarbid-Keramik durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine für keramische Werkstoffe hohe Bruchzähigkeit aus. Zudem lassen sich präzise Oberflächen erzeugen, wie sie für das Pressen von Glas benötigt werden. Bei der Fertigung von Fokussierrohren für das Wasserstrahlschneiden, bei Stempeln zum Glaspressen oder anderen Verschleißteilen hat sich die WC-Keramik bewährt und gegen andere Werkstoffe durchgesetzt.

Die auf der EMO gezeigten Zerspanwerkzeuge, erstmalig mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) mit einer TiAlN-Schutzschicht versehen, eignen sich für Anwendungen mit höchsten Anforderungen an die Verschleißbeständigkeit. Erstmalig präsentiert werden außerdem komplett dicht gesinterte WC- bzw. WC-Co-Folien im Dickenbereich von 0,3 bis 0,8 Millimeter, welche sowohl als flache Scheiben oder als beliebige Formen hergestellt werden können. Bei der Herstellung dünner Kreismesser, die bislang aus 2 mm dicken Rohlingen gefertigt werden, können sie den Schleifaufwand erheblich reduzieren. Die Folien lassen sich verschiedensten Geometrien anpassen und eignen sich so ausgezeichnet für Verschleißschutzauskleidungen.

Die beim Einsatz besonders langer Werkzeuge, wie Bohrstangen, auftretenden unerwünschten Schwingungen können künftig mit Hilfe von piezokeramischen Sensoren und elektromechanischen Wandlern reguliert und gedämpft werden. Demonstriert wird dies anhand eines am Fraunhofer IKTS entwickelten Biegeaktors.

Kooperation mit weiteren Fraunhofer-Instituten

Bei der Entwicklung optimal angepasster Werkzeuggeometrien und kompletter Fertigungsstrategien wird die Kompetenz weiterer Fraunhofer-Institute, wie des Fraunhofer IPT oder des Fraunhofer IPK, genutzt. An einem vom Fraunhofer IPT gefertigten Turbinenblatt zeigt das Fraunhofer IKTS besonders leistungsfähige Werkzeuge aus Hartmetall und SiAlON, die eine deutliche Steigerung der Abtragsraten bei der Bearbeitung von Super- und Titanlegierungen ermöglichen.

Kontakt:
Dr. Volkmar Richter
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Telefon +49 351 2553-7614
volkmar.richter@ikts.fraunhofer.de