2023-12-082023-12-08https://hdl.handle.net/11420/44543Aufgrund von zunehmender Rohstoffknappheit steigt die Nachfrage nach endkonturnahen Schlichtfräsprozessen für additiv gefertigte Bauteile aus TiAl6V4. Um eine hohe Wirtschaftlichkeit zu erzielen, liegt der Fokus auf der Steigerung der Schnittgeschwindigkeit, was mit hohen Werkzeugbelastung einhergeht. Eine Zunahme der Zerspanleistung kann durch den Einsatz von triboaktiven CrAlMoN-Hybridschichten herbeigeführt werden. Hierbei wird das direct current Magnetron Sputtering (dcMS) mit dem High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HPPMS) kombiniert. Im Vorgängerprojekt wurde beim Drehen der schwer zerspanbaren Titanlegierung TiAl6V4 das Oxidations- und Diffusions-, sowie das Einsatzverhalten von CrAlVN und CrAlMoN Physical Vapor Deposition (PVD)-Schichten auf Hartmetall untersucht. Hierbei wurde an der Schneidkante die Bildung reibungsmindernder Oxidphasen trotz Einsatz von Kühlschmierstoff nachgewiesen. Mit der CrAlMoN-Schicht konnte eine erhebliche Verbesserung der Standzeit erzielt werden, die erstmals die der als Stand der Technik eingesetzten unbeschichteten Substrate übertrifft. Zudem ist aus Vorarbeiten bekannt, dass der HPPMS-Leistungsanteil zu einer Reduzierung der Sichtliniencharakteristik sowie zu glatteren Oberflächen und höheren Schichthärten beiträgt. Bisher unbekannt ist, wie sich eine Steigerung des HPPMS-Leistungsanteils auf die Schichteigenschaften des CrAlMoN und die Werkzeugperformance in der Zerspanung von TiAl6V4 auswirkt. Zusätzlich sind die Zerspantemperatur in Schlichtfräsprozessen von TiAl6V4 sowie die Schädigungsmechanismen bisher nicht erforscht. Das übergeordnete Ziel des beantragten Forschungsvorhabens besteht im Transfer der im Vorgängerprojekt gewonnenen Erkenntnisse auf industrielle Anwendungsbereiche der drehenden und fräsenden Titanbearbeitung. Diese umfassen die Schichtherstellung und die Leistungsfähigkeit von CrAlMoN-Beschichtungen auf Hartmetallwerkzeugen, die bereits im Schlichtdrehen von TiAl6V4 unter Laborbedingungen eingesetzt wurden. Hierfür ist in Zusammenarbeit mit der Premium AEROTEC GmbH ein Transfer der bisherigen Drehversuche auf die industrielle Anwendung sowie ein Anwendungstransfer vom Drehen auf das Fräsen vorgesehen. Weiterhin soll mit der CemeCon AG ein Transfer des Abscheideprozess des Schichtsystems CrAlMoN auf eine Beschichtungsanlage mit erhöhtem HPPMS-Leistungsanteil, die Analyse der Schichteigenschaften und der Werkzeugperformance erfolgen. Zudem werden die eingesetzten Werkzeuge und bearbeiteten Bauteile umfangreichen Analysen zur Bestimmung von Schädigungsmechanismen, Diffusions- und Oxidationsprozessen unterzogen. Zusätzlich wird das initiale Verschleißverhalten unter Laborbedingungen untersucht und mittels eines Temperaturmessaufbaus die Temperatur der Werkzeugschneide während des Fräsens gemessen. Zusammen mit der Schwegler Werkzeugfabrik GmbH & Co. KG und der Karl-Heinz-Arnold GmbH werden geeignete Werkzeuggeometrien erarbeitet.Due to increasing scarcity of raw materials, the demand for near-net-shape finishing milling processes for additive manufactured components made of TiAl6V4 is growing. In order to achieve high economic efficiency, the focus is on increased cutting speed, which leads to high tool loads. An improvement in cutting performance can be obtained by the use of triboactive CrAlMoN hybrid coatings. Here, direct current magnetron sputtering is combined with high power pulsed magnetron sputtering (dcMS/HPPMS). Within the preceding project (project number 422345568), the oxidation and diffusion behavior as well as the application behavior of CrAlVN and CrAlMoN physical vapor deposition (PVD) coatings on carbide were investigated during the turning of the difficult-to-machine titanium alloy TiAl6V4. The formation of friction-reducing oxide phases in the area of the cutting edge was verified despite the use of cooling lubricant. With the CrAlMoN coating, a considerable improvement in cutting performance can be obtained, which for the first time exceeded that of the uncoated substrates used as state of the art. In addition, it is known from preliminary work that the HPPMS power component has a beneficial effect on shape contour accuracy as well as contributing to a denser morphology, smoother surface and higher coating hardness. However, still unknown is the impact of increasing the HPPMS power ratio on tool performance in the machining of TiAl6V4. Additionally, the cutting temperature in finishing milling processes of TiAl6V4 as well as the damage mechanisms have not been investigated yet. Main aim of the proposed transfer project is the transfer of knowledge gained in the preceding project to industrial fields of application for cutting titanium alloys. These include the coating production and the performance of triboactive CrAlMoN coatings on carbide tools, which have already been used in the finish turning of TiAl6V4 under laboratory conditions. For this purpose, a transfer of previous turning tests to the industrial application conditions as well as an application transfer from turning to milling is planned in cooperation with Premium AEROTEC GmbH. Furthermore, a transfer of the deposition process of the CrAlMoN coating to a coating unit with increased HPPMS ratio, the analysis of the coating properties and the tool performance will be carried out with the CemeCon AG. In addition, the tools and machined components will be subjected to extensive analyses to determine damage mechanisms, diffusion and oxidation processes. Due to it, initial wear behavior and the temperature of the tool cutting edge is measured under laboratory conditions during milling using a novel temperature measurement setup. Together with Schwegler Werkzeugfabrik GmbH & Co. KG and Karl-Heinz-Arnold GmbH, suitable tool geometries and substrate compositions will be developed and tested.Verschleißverhalten von Schichtsystemen in der spanenden Bearbeitung von TiAI6V4Wear behavior of coatings for machining of TiAl6V4