Finishen optimiert Führungsleisten für das BTA-Tiefbohren

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Angehrn AG - Umformtechnik

Technische Universität Dortmund Institut für spanende Fertigung

Zunächst werden die Ergebnisse für die Oberflächenbearbeitung der unbeschichteten Führungsleiste dargestellt. Die Führungsleisten bestehen aus dem Hartmetall K20 und befinden sich in einem geschliffenen Ausgangszustand. Ziel dieses Bearbeitungsprozesses war die Generierung einer möglichst hohen Oberflächengüte, die für den späteren Beschichtungsprozess erforderlich ist. In Bild 2 sind die Rauheitswerte in Abhängigkeit von den verwendeten Finishbändern dargestellt.

Durch das Finishen mit diamantbasierten Finishbändern in variierenden Korngrößen zwischen 3 und 30 µm ist es möglich, Oberflächengüten von Rz < 0,5 µm zu erzielen. Durch die Oberflächenfeinbearbeitung besteht außerdem die Möglichkeit, ähnlich wie beim Polieren einen metallischen Glanz zu erzeugen.

Das Finishen erzielt eine Verrundung der scharfkantigen Fase

Neben der hohen Oberflächenqualität wird beim Finishprozess aufgrund der Duktilität der Andrückrolle eine Verrundung der scharfkantigen Fase erzielt. Eine standardmäßige Führungsleiste ist im Einlaufbereich mit einer 30°-Fase ausgestaltet, die in den Führungsbereich übergeht.

Diese 30°-Fase ist insbesondere bei beschichteten Führungsleisten von Nachteil, weil der Übergangsbereich im Bohrprozess so stark belastet wird, dass es zu einem Abplatzen der Schicht kommt. Durch das Finishen wird dieser Übergangsbereich verrundet.

Um diese verfahrensspezifische Besonderheit genauer zu analysieren, wurden Führungsleisten mit unterschiedlichen Einlaufbereichen geschliffen und deren Gestaltveränderungen durch den Finishprozess analysiert. Dabei wurde der Fokus auf drei Gestaltungen gelegt. Neben der konventionellen 1 × 30°-Fase wurden die Führungsleisten mit einer 1 × 15°-Fase und einem Radius von 1 mm ausgeführt. In Bild 3 sind die drei Gestaltungen vor und nach dem Superfinishen dargestellt.

Drei unterschiedliche Einlaufbereiche bekommen vergleichbare Gestalt

Aus Bild 3 geht hervor, dass die drei unterschiedlichen Einlaufbereiche nach dem Finishen eine vergleichbare Gestalt aufweisen. Die Verrundung, die in der Abbildung exemplarisch für das Finishen einer 30°-Fase dargestellt ist, ist mitr = 3 mm gleich stark ausgeprägt.

Die gefinishten Hartmetallführungsleisten wurden im weiteren Verlauf mit einer wasserstofffreien, amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet. Diese ta-C-Schicht zeichnet sich insbesondere durch ihre hohe Härte und ihre herausragenden Reibeigenschaften gegen Stahl aus. Demgegenüber steht die schwierige Feinbearbeitung dieser Schichten. Bedingt durch den PVD-Beschichtungsprozess kommt es zu Wachstumsdefekten, sogenannten Droplets, die die Rauheit und somit die Gleiteigenschaften von beschichteten Oberflächen verringern.

Feinbearbeitung verbessert die Oberflächengüte

Um diese Profilspitzen zu beseitigen, werden die beschichteten Objekte nach dem Prozess gebürstet. Nachteilig sind dabei allerdings das Herausreißen einzelner Beschichtungsanteile und das Zuschmieren der entstehenden Fehlstellen mit dem Werkstoff aus der Drahtbürste. Um diese nachteiligen Effekte zu umgehen, erfolgte die Oberflächenfeinbearbeitung der beschichteten Führungsleisten durch Finishen. In Bild 4 ist die Entwicklung der Oberflächengüte einer ta-C-beschichteten Führungsleiste nach verschiedenen Prozessstufen dargestellt.

Durch die einzelnen Bearbeitungsschritte wird eine deutliche Verbesserung der Oberflächengüte erzielt. Es ist allerdings nicht möglich, eine vergleichbare Oberflächentopografie wie beim Finishen von Hartmetall zu generieren. Insbesondere einige hochharte Wachstumsdefekte lassen sich durch dieses Bearbeitungsverfahren nicht aus der Beschichtung lösen.

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