Forschungsstart für neuen Verschleißschutz

Nach erfolgreichem Abschluss eines Forschungsprojektes zu Transferierbarer KI in der Verschleißprognose von Werkzeugen fiel am 1. November 2024 der Startschuss für ein neues Forschungsprojekt unter Beteiligung von Müller Präzisionswerkzeuge aus Sien. Dabei soll die Grundlage für eine neue Generation hoch leistungsfähiger Verschleißschutzschichten gelegt werden. Ziel ist die Entwicklung einer Fertigungstechnologie zur Applikation hybrider CrAlBTiN-Schichten, die eine nachhaltige Lösung für die Zerspanung schwer bearbeitbarer Werkstoffe wie Titan- und Nickelbasislegierungen sowie CoCr darstellen. Diese Werkstoffe, die vor allem in der Medizintechnik, im Maschinenbau und in der Fahrzeugtechnik zum Einsatz kommen, erfordern aufgrund ihrer hohen Belastungsprofile besondere Werkzeugeigenschaften, die mit heutigen Beschichtungstechnologien nur begrenzt erfüllt werden können. Projektträger des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des ZIM (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand) ist die VDI/VDE Innovation + Technik GmbH.

Das Projekt, das unter dem Kurztitel ‘CAB-Coatings‘ (CrAlBTiN-Beschichtungen) geführt wird, verfolgt einen neuartigen Ansatz zur Verlängerung der Standzeiten von Hartmetallwerkzeugen. Während herkömmliche Verschleißschutzschichten auf der Basis von Metallnitriden wie AlCrN bislang häufig zu einem hohen Verschleiß neigen, sollen die CAB-Coatings durch die Integration von Bor deutlich verschleißfester und wirtschaftlicher werden. Die Legierung mit Bor und eine optimierte Schichtarchitektur versprechen eine bessere Temperatur- und Verschleißbeständigkeit, die den Anforderungen anspruchsvoller Zerspanungsprozesse gerecht wird.

An dem Projekt sind die beiden deutschen Partner Müller Präzisionswerkzeuge GmbH und die Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V. (GFE), sowie die Urma AG und die Schnyder SA aus der Schweiz beteiligt. Die Projektpartner erarbeiten eine mehrstufige Lösung zur Erreichung der Ziele. Zunächst werden in einem ersten Teilprojekt die hybriden CrAlTiBN-Schichten entwickelt und spezifisch für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe angepasst. Im zweiten Teilprojekt steht die Entwicklung einer verbesserten Wiederbeschichtungs- und Werkzeugaufbereitungs-Technologie im Fokus, die auf einer gezielten Optimierung des Schicht-Substrat-Interfaces basiert. Damit erreichen die Projektpartner eine längere Nutzungsdauer, was die Gesamtwirtschaftlichkeit erhöht. In Deutschland führen Müller und die GFE diese beiden Teilprojekte durch.

In zwei weiteren Schritten entwickeln die Schweizer Partner Urma und Schnyder unter Koordination von Müller die Wechselkopf-Systeme für Fräs- und Reibaufgaben sowie ein mikrostrukturiertes Design für die Zahnradbearbeitung. Beide Prozesse basieren auf hoch präzisen Werkzeuggeometrien, die speziell an die Anforderungen der CAB-Coatings angepasst sind. Dabei konzentrieren sich die Entwicklungspartner darauf, sowohl die Makro- als auch die Mikrogeometrie so zu gestalten, dass die Beschichtungen hohen thermischen und mechanischen Belastungen standhalten können. Die Beschichtungsarchitektur wird dabei so ausgelegt, dass sie auch bei hohen Schnittgeschwindigkeiten und anspruchsvollen Zerspanungsbedingungen eine maximale Standzeit und Zuverlässigkeit bietet.

Zu den Herausforderungen in der industriellen Zerspanung gehört die Sicherstellung einer gleichmäßigen, glatten Oberfläche der bearbeiteten Bauteile. Ziel der CAB-Coatings ist es, mit einer robusten, verschleißbeständigen Schneidenbeschichtung eine hohe Präzision und Oberflächenqualität zu ermöglichen. Durch die Kombination einer hohen thermischen Leitfähigkeit mit einem niedrigen Reibwert erwarten die Partner zudem eine verbesserte Spanbildung und eine reduzierte mechanische Belastung der Schneide. Auch die Fähigkeit zur Wiederaufbereitung und Wiederbeschichtung stellt einen Schlüsselaspekt im Projekt CAB-Coatings dar. Dies ist entscheidend, um die Nachhaltigkeit der eingesetzten Werkzeuge zu erhöhen, den Materialverbrauch zu senken und den Arbeitsprozess effizienter zu gestalten.

„Durch die Entwicklung der CAB-Coatings wollen wir eine neue Ära in der Zerspanungstechnologie einläuten“, sagt Mathias Schmidt, CEO von Müller Präzisionswerkzeuge. „Die Legierung mit Bor gibt uns die Möglichkeit, die Verschleißbeständigkeit und damit die Standzeiten signifikant zu steigern und zugleich den Werkzeugverschleiß nachhaltig zu reduzieren. Damit bieten wir der Industrie eine wirtschaftliche und umweltfreundliche Lösung für anspruchsvollste Zerspanungsaufgaben.“

Mit dem CAB-Coatings-Projekt wird ein wichtiger Schritt in Richtung leistungsstärkerer und umweltfreundlicherer Werkzeugtechnologien unternommen, die speziell für schwer zerspanbare Werkstoffe optimiert sind. Das Potenzial dieser neuen Technologien reicht dabei weit über die heute bekannten Möglichkeiten hinaus und wird durch die langjährige Expertise der teilnehmenden Unternehmen unterstützt. Die internationalen Partner tragen dabei nicht nur ihr Wissen in der Beschichtungs- und Wiederbeschichtungstechnologie, sondern auch ihre Erfahrungen in der industriellen Anwendung bei. So entsteht ein Produkt, das die spezifischen Herausforderungen in der Medizin- und Fahrzeugtechnik sowie im Maschinenbau zielgerichtet adressiert.

Das Projekt CAB-Coatings wird eine neue Grundlage für die kosteneffiziente und umweltbewusste Fertigung anspruchsvoller Bauteile schaffen und sowohl die Lebensdauer der Werkzeuge erhöhen als auch die Einsatzfähigkeit der Werkzeuge optimieren, zeigen sich die Projektpartner überzeugt.