CYAN MAGENTA JAUNE NOIR

WerkzeugTechnik

Technologie - System - Logistik

ISSN Nr. 0997 - 6981www.werkzeug-technik.com

15 Februar 2012Nr. 124

Die Fachzeitschrift der Schneidwerkzeuge und Meßtechnik für die Metallbearbeitung

AlTiCrN-Tripel-Schichten in der Zahnradfertigung

SONDERDRUCK

I n der Zerspanungsindustrie sind heuteAl-Cr-basierte Schichten Stand der

Technik. Neben den reinen Al-Cr- Schich-ten brachten die führenden Hersteller inder letzten Zeit neue Zusammensetzun-gen auf den Markt, die zusätzlich Ti undsogar Si enthalten. Dazu braucht manmit der konventionellen Spot-Kathoden-Technologie immer verschiedene, teure,legierte Targets. Da die Lebensdauereines Spot-Targets in der Grössenord-nung von 25 Chargen liegt, müssen dieTargets (resp. die Kathoden) ziemlich oftgewechselt werden.

Die Technologie von Platit mit denrotierenden Kathoden (LARC®: LAteralRotating Cathodes; siehe Bild 1) arbeitetüberwiegend mit nicht legierten Targets,wobei die Stöchiometrie und die Strukturder Schicht frei programmierbar sind. Dadie rotierenden Kathoden über 200 Char-

gen abscheiden können, sind Kathoden-wechsel trotz verschiedener Schichtenäusserst selten. Es wird Flexibilität mitWirtschaftlichkeit kombiniert.

Der Schein, dass die Spot-Targets billigsind, trügt. Ungeachtet • der Lohn- und Rüstkosten, aufgrund

der viel häufigeren Kathodenwechsel,und somit

• der Produktionsunterbrechungen, alsauch

• der Lagerkosten für die Mannigfaltig-keit der Targets,

sind die Targetkosten bei den rotierendenPlatit-Kathoden pro Werkzeug über 20%billiger als die Kosten der Spottargets(siehe Bild 2).

AlCrN-SchichtenWenn man nur sechs gleiche legierte

Kathoden (z.B. Al-Cr/70-30%) in derKammer hat, erreicht man eine gute Pro-duktivität, aber die Schicht wird nur eineMonoblockstruktur aufweisen können.Mit zwei rotierenden Kathoden (Al undCr) kann man schon die Tripel-Struktur(TripleCoatings3®) abscheiden (siehe Bild3):• Der Grundlayer der AlCrN3®-Schicht

ist CrN, mit bester Haftung.• Der Kernlayer ist eine Nanolayer

Al/CrN mit höchster Zähigkeit und Rissabsorption.

• Der Toplayer ist ein Monoblock(AlCrN) mit höchster Härte und Ver-schleißfestigkeit. Dabei ist die Zusam-mensetzung nicht unbedingt 70:30%,was wiederum ein Kompromisswäre.

AlTiCrN-Tripel-Schichten in der Zahnradfertigung

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PLATIT AG, Selzach, Schweiz

Bild 1: Platit-Beschichtungsanlagen der11-Serie mit rotierenden Kathoden.π111: für ausgewählte Tripel-Schichten, π311: für alle Tripel-Schichten.

Bild 2: Vergleich der Targetkosten perbeschichtetes Werkzeug mitrotierenden und Spot-ARC-Kathoden.

Gerechnet für die Basisschichten: TiN, CrN, TiAlN, AlTiN, AlCrN - Werkzeug: Ø10mm SchaftfräserLARC-Kathoden, Ti, Al, Cr – Ø100x500mm <-> 6 Kathoden mit Spottargets, Ti, Cr, AlCr, TiAl, AlTi; Ø150 mm.

Die Finanzwelt und die Medien sprechen nur über Krisen. Die echte

Werte schaffende Realwirtschaft, wie beispielsweise

der Maschinenbau lässt sich nicht schlechtreden und produziert das

eine Rekordergebnis nach dem anderen [4]. Dies nicht nur in

Deutschland, China, Brasilien oder Tschechien, sondern auch in den

zerstrittenen USA, im Erdbeben erschütterten Japan und sogar im

Rating abgestuften Frankreich und Italien. Eine derart blühende Sparte

ist die Getriebefertigung. Die Hersteller der bis zu 20mal

nachzuschleifenden und nachzubeschichtenden Abwälzfräser suchen

sehr intensiv nach Alleinstellungsmerkmalen, wie spezielle Schneidstoffe

und Beschichtungen. Der Beitrag stellt die AlTiCrN-Schichten von

PLATIT vor. Sie werden immer stärker, weltweit zur Beschichtung von

Fräsern, Schneid- und Stossrädern, sowie von Abwälzfräsern eingesetzt.

BESCHICHTEN

• Der AlTiCrN-Kernlayer ist eine typi-sche All-in-One-Schicht. Sie vereinigtdie positiven Eigenschaften von Al, Tiund Cr.

• Der Toplayer ist wieder eine auf Härteoptimierte AlCrN-Schicht mit höchsterabrasiver Verschleissfestigkeit.

AlTiCrN3®+Wenn man ein Werkzeug abwech-

selnd, mal mit Kühlung, mal ohne, ver-wendet, soll man die neuentwickelteAlTiCrN3®+ einsetzen (siehe Bild 6). • Der Haftlayer ist wieder eine CrN-

Schicht, abgeschieden, wie bei jederAlTiCrN-Tripel-Schicht durch dieunlegierte Cr-Kathode.

• Der Kernlayer weist die NanolayerAl/CrN-Struktur auf, die sich bei derweltweit verbreiteten Nanosphere-Schicht [2] vielfach in ähnlicher Formbewährt hat.

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Bild 3: Die Al-Ti-Cr basierteSchichtfamilie der PLATIT-Tripel-Schichten (TripleCoatings3®).

Der entscheidende Vorteil der Al-Crbasierten Schichten ist die hohe abrasiveVerschleissfestigkeit. Dieser kommt inerster Linie bei Trockenbearbeitung, resp.bei Zerspanung mit Minimalschmierungin Form von Standzeiterhöhung zumTragen (Bild 4).

AlTiCrN-Schichten

Im Einsatzbereich Nassbearbeitungerbringen die Al-Ti-Cr-Schichten diebesten Ergebnisse. Die optimale Strukturist hier wieder total anders als ein einfa-cher Monoblock (siehe Bild 5):

• Der Haftlayer der AlTiCrN3®-Schicht ist eine relativ dicke CrN. Sehr vieleältere Maschinen arbeiten mit Küh-lung. Deren Steifigkeit ist in der Regelniedriger als die der modernenTrockenmaschinen. Die dicke CrN-Grundschicht vereinfacht auch dieEntschichtung der Abwälzfräser.

Bild 4: Standweg- undVerschleissvergleich für Schaftfräserbei Zerspanung von hochlegiertemStahl mit Minimalschmierung.

Mat.: Werkzeugstahl - X33XrS16 - 1.2085 - HB300 - ap=ae=4 mm - Wkz: Fraisa NX-V - d=8mm - z=4.Durschnittlicher Verschleiss: (max. Verschleisstoleranz; VBmax + Stirnverschleiss + Eckenverschleiss)/3.

vc=120m/min - n=4775/min - fz=0.05 mm/Zahn - vf=1146 mm/min - MQL=Minimum Quantity Lubrication.

BESCHICHTEN

• Der Toplayer ist hier der All-in-One-Kompromiss; Al-Ti-Cr. Sie macht dieSchicht universell einsetzbar.

Ausblick

Die Anzahl der in der Zerspanungverwendeten Schichten explodierte imletzten Jahrzehnt [3]. Die an die Anwen-dung angepassten, dedicated Schichtenerhöhen die Leistung für spezielleAnwendungsbereiche. Die dedicatedSchichten sind, besonders für kleine undmittelständische Unternehmen, durchLohnbeschichtung nicht realisierbar. Des-wegen erhöht sich die Bedeutung der indie mechanische Fertigung integriertenIn-House-Beschichtung enorm.Um die für die verschiedenen Anwen-dungsgebiete optimalen, unterschiedli-chen Schichten abzuscheiden, benötigtman sehr flexible Beschichtungsanlagenund entsprechende Vorbehandlungsme-thoden und Geräte. Für:• Schneidkantenpräparation,• Reinigung, Entschichtung,• Messung und Qualitätskontrolle sowie• Handling.

PLATIT bietet mit den rotierendenKathoden sehr flexible Beschichtungsan-lagen und mit den dazugehörigen Peri-pheriegeräten schlüsselfertige Lösungenan. Weltweit sind Hunderte dieser Anla-

BESCHICHTEN

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Bild 5:Standmengenvergleich fürAbwälzfräser beiZerspanung mit Ölkühlung.

Werkstück Mat.: 34CrNiMo6 (1.6582)- vc=45m/min, fn=0.12 mm/U, n=500 1/minKühlung: Öl - Quelle: Unimerco, Sund, DK.

Bild 6: Standwegvergleich fürMischbearbeitung bei Zerspanung mit undohne Kühlung (gesammelte Erfahrungenvon Platit mit Abwälzfräsern, Stossrädernund Schaftfräsern.

gen installiert. Das Wichtigste ist dabeidas PLATIT Open Source (POS®)-Prinzip.Open Source bedeutet, dass PLATITschlüsselfertige Systeme mit vollständi-gem Know-how liefert. Damit kann derKunde, der Anwender, beispielsweise einWerkzeughersteller, neue eigene Pro-dukte (z.B. dedicated Schichten) generie-ren, um damit einen bedeutenden Markt-vorteil und Gewinn erreichen.

Und, PLATIT macht ihm dabei keineKonkurrenz durch eine eigene Lohnbe-schichtung.

Der Payback der Investition einesschlüsselfertigen Beschichtungssystemsliegt in der Regel unter 2 Jahren [1].

Referenzen[1] Kompendium – Platit-Katalog, 47.

Ausgabe – on-line: www.platit.com[2] Heinrich, M.: Quo vadis Werkzeug

technik – 9. Schmalkaldener Werk-zeugtagung, 2010

[3] Anpassung – Integration – Offenheit -Neue Regeln in der Beschichtungs-industrie Werkzeugtechnik, Nr. 118.,Februar/2011.

[4] Alles im Lot - Rekordjahr 2011 undpositive Aussichten VDMA Präzisi-onswerkzeuge, Frankfurt, 17.01.2012.

Abwälzfräser, Stoss- und Schneidräder, hergestellt, nachgeschliffen, vor- und nachbehandelt, sowie beschichtet von der Fa. Müller Präzisionswerkzeuge, Sien.