Schichtsysteme für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

Unabhängig von der Weiterentwicklung der Schneidwerkstoffe bietet die Beschichtung von Werkzeugen eine Möglichkeit, Oberflächeneigenschaften und Massivwerkstoffeigenschaften voneinander zu trennen und frei miteinander zu kombinieren. Mechanisch motivierte Schädigungsmechanismen (z. B. Werkstoffermüdung, Kriechen) können so durch optimierte Grundwerkstoffe, tribologisch begründete Schädigungsmechanismen (z. B. Adhäsion, Abrasion, Diffusion) dagegen durch geeignete Oberflächenbeschichtungen unterdrückt werden. Während eine Festigkeitserhöhung des Werkzeuges durch eine wenige Mikrometer dicke Schutzschicht praktisch nicht möglich ist, lassen sich dagegen die mechanischen und thermischen Belastungen durch Beeinflussung der Wechselwirkungen zwischen Werkzeug und Werkstück stark reduzieren. Als wesentlicher Einflußparameter auf die Höhe der Schneidenbelastung tritt neben der erwähnten Werkstückfestigkeit die Schnittgeschwindigkeit auf. Sie beeinflußt direkt die Reibarbeit an Span- und Freifläche sowie die Verformungsarbeit in der Scherzone und die Kontaktdauer von Span und Schneide und damit den Wärmeübergang. Gleichzeitig beeinfluß die Schnittgeschwindigkeit die Schnittkräfte und damit auch wieder die Reibarbeit. Reibungsmindernde Schichten können die durch die Schnittgeschwindigkeit hervorgerufene Reibung senken und dadurch die Schnittkräfte reduzieren. Der bei der hohen Belastung auftretende Verschleiß kann mit verschleißfesten Schichten vermindert werden. Daneben gibt es weitere Einflußfaktoren, aufgrund deren bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ebenfalls die Verwendung von beschichteten Werkzeugen günstig ist. Die bei Hochleistungsprozessen oft geforderte hohe Genauigkeit ist z. B. ein Grund für den Einsatz von Verschleißschutzschichten, um die Maßhaltigkeit zu sichern. Reibarme Beschichtungen führen zu niedrigeren Schneidkräften und einer Reduzierung der Vibrationen. Dadurch werden die Maschinen weniger belastet und ebenfalls die Maßhaltigkeit verbessert. Da Hochgeschwindigkeitprozesse besondere Anforderungen an die Prozeßsicherheit stellen, können Beschichtungen stabilere Prozeßbedingungen ermöglichen. Der bei der Einführung von Hochgeschwindigkeitsprozessen gleichzeitig oft geforderte Wegfall von Kühlschmierstoffen ist ebenfalls ein Faktor, der für eine verschleißfeste und reibungsarme Beschichtung spricht