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maschine+werkzeug 03/2017

Harte PVD-Schichten

Werkzeuge

Beschichtungen - Beim Bearbeiten von Turbolader-Bauteilen stellen hochwarmfeste Werkstoffe die Zerspanungswerkzeuge auf eine harte Probe. Oerlikon Balzers hat dafür das P3e-Schichtprodukt ›X3turn‹ entwickelt.

Hochwarmfeste Werkstoffe für Abgas-Turbolader oder -Krümmer (Foto) sind höchst anspruchsvoll zu zerspanen. Die P3e-Technologie ermöglicht die Herstellung äußerst widerstandsfähiger Werkzeugbeschichtungen für diese Anwendung.

Laut dem US-amerikanischen Marktforschungsinstitut IHS sind Turbolader auf der Überholspur. IHS sagt ein Wachstum von 8,2 Prozent für die Aufladungstechnik voraus, während der globale Markt für Leichtfahrzeuge (bis sechs Tonnen Gewicht) von 2015 bis 2020 nur um 2,7 Prozent auf 100,7 Millionen produzierte Autos zulegen soll. In der Fertigung steigen damit die Ansprüche.

Moderne Turbolader-Komponenten müssen temperaturbeständig bis über 1.000 Grad Celsius sein und immer höhere Verdichtungsdrücke aushalten. Um Dichtigkeit und Leistung jederzeit sicherzustellen, müssen die Bauteile Form- und Lagetoleranzen im heißen wie im kalten Zustand mikrometergenau halten. Bei ihrer Produktion werden deshalb hochwarmfeste Materialien eingesetzt.

Zu den Legierungsbestandteilen solcher Werkstoffe wie etwa austenitischem Stahlguss zählen Nickel, Chrom, Mangan, Niob und Molybdän. Das sind alles Elemente, die zwar die Festigkeit und Zähigkeit erhöhen, aber auch eine schwierige Zerspanung mit stärkerer Klebeneigung und höherem Kerbverschleiß der Werkzeuge mit sich bringen. Mit diesen wachsenden Ansprüchen an die Bearbeitung steigen in höchstem Maße auch die Werkzeugkosten pro Bauteil, was eine wirtschaftliche Fertigung durchaus gefährden kann.

Der Beschichtungsspezialist Oerlikon Balzers hat diesen Trend erkannt und mit Zerspanungstests bei renommierten Automobilherstellern und -zulieferern begleitet. Daraus wurden wertvolle Erkenntnisse für eine optimierte Zerspanung mit speziellen Werkzeugbeschichtungen und Beschichtungstechnologien gewonnen.

Kaum Verschleiß

Im Fokus standen dabei zum Beispiel Wendeschneidplatten zum Spindeln der Innenkonturen von Turbolader-Gehäusen (Material 1.4849). Diese Werkzeuge werden in der Regel mit der Technologie CVD (Chemical Vapour Deposition) beschichtet. Tests mit marktüblichen Produkten ergaben jedoch ungenügende Standzeiten: Spuren von typischem Kerbverschleiß traten bereits nach 10 bis 30 Takten beziehungsweise 55 bis 165 Sekunden Bearbeitungszeit auf.

Solcher Verschleiß wirkt sich letztlich auf die Gratbildung und Maßhaltigkeit eines Bauteils aus, das dann gegebenenfalls teuer nachbehandelt werden muss. Versuche mit der Technologie PVD (Physical Vapour Deposition), die wesentlich dünnere Schichten als CVD abscheidet, brachten Fortschritte. Erste Unregelmäßigkeiten zeigten sich hier aber auch schon nach 60 bis 90 Takten beziehungsweise 330 bis 495 Sekunden.

Jedoch zeigten thermische Analysen: Wird eine PVD-Schicht mit erhöhter Schichtdicke eingesetzt, senkt sie den verschleißfördernden Temperatureinfluss im Grundhartmetall – in der Schnittzone werden rasch über 1.000 Grad Celsius erreicht – deutlich und isoliert diesen wesentlich besser. So beschichtete Oerlikon Balzers Wendeschneidplatten mit seiner fortschrittlichen Technologie P3e (Pulse Enhanced Electron Emission). Mit diesem Verfahren lassen sich erstmals auch extrem harte a-Aluminiumoxidschichten in Dicken bis 16 Mikrometer bei relativ geringen Temperaturen auf PVD-Basis abscheiden und mit vielen anderen Schichtmaterialien und Substraten kombinieren.


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Unternehmensinformation

Oerlikon Balzers Coating Germany GmbH

Am Ockenheimer Graben 41
DE 55411 Bingen
Tel.: 06721-793-0
Fax: -2374

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