SMM InnovationsForum 2017

Innovationssprung in der Beschichtungstechnologie

| Redakteur: Silvano Böni

Neue Farbe, neue Beschichtungstechnologie, noch höhere Verschleissfestigkeit: Die mit einer speziellen TiAlN-Schicht versehene Tiger·tec-­Gold-­Sorte WKP35G von Walter begründet eine vollkommen neue Wendeschneidplatten-Generation.
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Neue Farbe, neue Beschichtungstechnologie, noch höhere Verschleissfestigkeit: Die mit einer speziellen TiAlN-Schicht versehene Tiger·tec-­Gold-­Sorte WKP35G von Walter begründet eine vollkommen neue Wendeschneidplatten-Generation. (Bild: Walter AG)

Die Walter AG sorgt für einen Technologiesprung in der Branche. Als eines der ersten Unternehmen weltweit stellt der deutsche Zerspanungs-Spezialist eine neue Technologie-Plattform für beschichtete Wendeschneidplatten auf Basis von CVD-Titanaluminiumnitrid (TiAlN) vor: Tiger·tec Gold.

Weltweite Einigkeit über viele Jahre: Seit gut zwei Jahrzehnten arbeitet die Zerspanungsbranche mit CVD-Beschichtungen auf Basis von Alu­mi­nium­oxid (Al2O3). Die Eigenschaften dieser Beschichtungen wurden zwar immer weiter verbessert, inzwischen jedoch stossen die Entwickler an ihre Grenzen. Die technologischen Möglichkeiten zur weiteren Optimierung von Aluminiumoxid-Sorten sind mittlerweile begrenzt.

Grund genug für die Spezialisten bei Walter, sich an die Entwicklung einer neuen Sortengeneration für die Beschichtung von Wendeplatten zu machen. Das Ergebnis ist: Tiger·tec Gold – eine völlig neue technologische Plattform auf Basis von Titanaluminiumnitrid (TiAlN). Die Beschichtung besticht unter anderem durch hohe Härte und Druckeigenspannungen, eignet sich besonders zur fräsenden Bearbeitung von Stahl- und Gusswerkstoffen mit mittleren bis hohen Schnittgeschwindigkeiten.

Standzeiten um rund 80 Prozent erhöht

Die Entwickler bei Walter setzen die neue Tiger·tec-Gold-Sorte WKP35G schon seit einiger Zeit in Sonderanwendungen ein. Insgesamt, so Jörg Drobniewski, Leiter Schneidstoffentwicklung bei der Walter AG, habe man seit Frühjahr rund 50 umfangreiche Testläufe mit Kundenanwendungen durchgeführt. Dabei konnten die Entwickler deutlich verbesserte Schichteigenschaften nachweisen: Die mit Tiger·tec Gold WKP35G beschichteten Wendeschneidplatten zeichnen sich durch erheblich höhere Frei­flächen-Verschleissfestigkeit, geringere Kammrissbildung und besseren Widerstand gegen plastische Deformation aus. Vor allem aber: Die Praxistests ergaben im Durchschnitt um rund 80 Prozent höhere Standzeiten.

Natürlich kommt dieser Innovationssprung aus Tübingen nicht von ungefähr. So war ein wesentliches Ziel der Ingenieure bei Walter, die neue Schneidstoffgeneration deutlich verschleissfester und gleichzeitig prozesssicher zu machen. Die Lösung liegt in einem TiAlN mit signifikant höherem Aluminium-Anteil, der mit circa 85 Prozent deutlich über dem bisher üblichen liegt.

Um dies zu erreichen, wurde bei Walter ein vollständig neuer Prozess entwickelt: die ULP-­CVD-­Technologie. In einer Kombination aus Niederdruckverfahren (Ultra Low Pressure, ULP) und chemischer Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition, CVD) gelang den Tübinger Entwicklern die Abscheidung von TiAlN – die Basis für die Herstellung der neuen Sorten.

Tür zu neuen Schneidstoffsorten aufgestossen

Jörg Drobniewski: «Wir haben bei der Entwicklung von Tiger·tec Gold bewusst über die bestehenden Beschichtungs-Elemente hinausgedacht. Damit verlassen wir das bisherige Terrain und führen eine völlig neuartige Technologieplattform ein. Wir sind überzeugt, dass wir damit die Tür zu neuen Schneidstoffsorten für die Zerspanung mit Hartmetall aufgestossen haben.»

Neben TiAlN als Hauptschicht kommt in der neuen Sorte WKP35G Titannitrid (TiN) zum Einsatz. Es steht mit seiner goldenen Farbe auch für den Namen der neuen Beschichtungstechnologie bei Walter.

TiN wird zum einen zur Anbindung zwischen dem Hartmetall-Grundsubstrat und der TiAlN-Hauptschicht aufgebracht, zum anderen als Top-Layer über der Hauptschicht. «Die goldene Farbe hat hier den erwünschten Nebeneffekt, dass sich der Verschleiss wesentlich einfacher erkennen lässt als bisher», erklärt Wolfgang Vötsch, Senior Product Manager Milling bei Walter. Damit wird eine optimale Ausnutzung des Schneidstoffes sichergestellt, es werden keine ungenutzten Schneidkanten mehr weggeworfen. Die oberste TiN-Schicht ist texturiert. Die mit Tiger·tec Gold beschichteten Wendeplatten eignen sich daher auch hervorragend für die Bearbeitung von Gusseisen.

Geringere Kammrissbildung

Neben der wesentlich höheren Freiflächen-Verschleissfestigkeit und dem verbesserten Widerstand gegen plastische Deformation, die vor allem auf die härtere Beschichtung zurückzuführen sind, hat Walter mit seinem neuen Herstellungsverfahren einen weiteren Pluspunkt geschaffen: die geringere Neigung zu Kammrissbildung. Jörg Drobniewski: «Branchenüblich sind bislang zugeigenverspannte CVD-Schichten. Unsere TiAlN-Schicht ist dagegen druckeigenverspannt. Damit minimieren wir die Kammrissbildung signifikant und die Schneidkante bleibt länger intakt, die Voraussetzung für prozesssicher hohe Standzeiten.»

Dass die neue Beschichtungstechnologie für Furore in der Branche sorgen wird, davon ist der Leiter Schneidstoffentwicklung überzeugt. Umso mehr, als alle Praxistests mit Anwendern in der Auto­mobil­industrie, im Energiesektor und im allgemeinen Maschinenbau die hohen Erwartungen seines Teams bestätigt haben. «Wir haben sehr viele unter­schiedliche Szenarien durchgetestet – mit Schnittgeschwindigkeiten zwischen 120 und 320 m/min und Werkstücken aus unterschiedlichen Stahl- und Gusssorten. Die Ergebnisse waren in allen relevanten Parametern überzeugend.»

Die Vorteile von Tiger·tec Gold für den Anwender lassen sich in vier Punkten zusammenfassen:

  • signifikant höhere Standzeiten
  • mehr Prozesssicherheit
  • gesteigerte Produktivität
  • optimale Verschleisserkennung

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