CVD‐Diamantschleifstifte für den Werkzeug‐ und Formenbau. Abrasive Pencils for Tool and Die Making Coated by Diamond CVD

Neuartige compeDIA®-Diamantschleifstifte wurden hergestellt und fur die Bearbeitung von Hartmetallformwerkzeugen erprobt. Zur Herstellung der Schleifstifte wurden Hartmetallgrundkorper angeschliffen und mit dem Heisdraht-CVD-Verfahren mit einem Diamantschleifbelag beschichtet. Die Erprobung der Schleifstifte erfolgte mit einer Ultraprazisionsschleifmaschine an Hartmetallwerkstucken. Beurteilungskriterien waren Werkstuckrauheit und Werkzeugstandzeit.Zur gezielten Einstellung der Schleifkornung der Schleifstifte wurden die passenden Beschichtungsparameter erarbeitet und die Abhangigkeiten von wesentlichen Einflussgrosen bei der Beschichtung, wie Nenndurchmesser und Schleiflange, ermittelt. Um die angeschliffenen Grundkorper mit ausreichender Schichthaftung beschichten zu konnen, wurde ein geeignetes Vorbehandlungsverfahren entwickelt und erprobt, das die durch das Anschleifen gestorte Randzone entfernt. Die Beschichtungskosten liegen jedoch momentan noch unwirtschaftlich hoch. Durch eine Massenfertigung in Verbindung mit einer automatisierten Vorbehandlung und Beschichtung ware es moglich die Kosten soweit zu senken, dass sie auf dem Niveau anderer Beschichtungen wie TiN oder TiAlN liegen. Die CVD-Diamantschleifstifte zeigten eine gute Eignung zur Herstellung von Formwerkzeugen fur den Werkzeug- und Formenbau. Es ist zu erwarten, dass durch Weiterentwicklung der Werkzeuge und Prozessoptimierung die gefertigte Werkstuckqualitat verbessert werden kann und Rauhtiefen Ra < 0,3 μm erreicht werden. Die Standzeit konnte durch Optimierung der Beschichtungstechnologie auf anwendungsgerechte Werte gesteigert werden. Es wurden die Bearbeitungsparameterbereiche erarbeitet, mit denen die Schleifbearbeitung sinnvoll durchgefuhrt werden kann, ohne zum Werkzeugbruch zu fuhren. Anschliesend wurde ein Spritzgussbauteil mit typischen Formelementen entworfen und ein entsprechender Formwerkzeugprototyp gefertigt. Fur den Werkzeug- und Formenbau wurden damit die grundlegenden Voraussetzungen erarbeitet, mit diesen innovativen Schleifstiften eine schnelle und flexible Bearbeitung von Formwerkzeugen aus Hartmetall zu realisieren. Gegenuber dem heute ublichen Formwerkzeugmaterial aus Messing konnen so deutliche Standzeitvorteile bei der Herstellung von Miniatur-Serienteilen durch Ziehen, Tiefziehen oder Fliespressen erzielt werden. Recently developed compeDIA®- abrasive pencils have been produced and tested for the machining of cemented carbide molding tools. In order to produce abrasive pencils, carbide base plates have been grinded and coated with a diamond layer by a Hot-Filament-CVD-process. The testing of the abrasive pencils took place with an ultra-precision grinding machine on carbide workpieces. Surface roughness of the workpiece and its wheel life were the criteria for evaluation. For the specific adjustment of the grain size of the abrasive pencils, the adequate coating parameters were worked out, and the dependencies on basic influencing variables at coating procedures, such as nominal diameter and grinding length, were calculated. In order to be able to coat the grinded base plates with enough film adhesion, a practical pre-treatment method was developed and tested, which removes the fringe zone, that was damaged during the grinding process. At present, the costs for the coating process are uneconomically high, though. By means of large-scale production in connection with an automated pre-treatment and coating it would be possible to lower the costs so far that they are on the same cost level with other coatings like TiN or TiAlN. The CVD-Diamond abrasive pencils are very appropriate for tool and die making. It is to be expected that through further development of tools and through process optimization, the quality of the wrought workpiece can be ameliorated and surface finishes of Ra < 0,3 μm can be reached. The wheel life could be increased to appropriate values by optimization of the coating technology. The range of the machining parameters, in which the grinding process can be accomplished expediently without leading to a broken die, have been worked out. Afterwards, a die-casting component with typically shaped elements was designed and an adequate molding tool prototype was crafted. With that, the basic conditions for tool- and die-making were worked out in order to put into practice a fast and flexible machining of cemented carbide molding tools with the aid of those innovative abrasive pencils. In contrast to the traditional molding tool material made of brass, clear advantages in tool life can be made in the production of miniature serial-parts by drawing, deep-drawing or extrusion.