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Wirkmechanismen und Wechsel­wir­kungen zur Grenzflächen- und Schneidkanten-konditionierung in der Mikrohartbearbeitung

Mikrofräsprozesse bieten in der Hartbearbeitung von bei­spiels­weise gehärteten Schnellarbeitsstählen wich­ti­ge Vorteile gegenüber al­ter­na­ti­ven Ver­fah­ren der Mikrosystemtechnik, wie die Laserablation und das Erodieren. So lassen sich her­vor­rag­ende Oberflächenqualitäten bei gleichzeitig höheren Abtragsraten sowie einer geringeren thermischen Beeinflussung der Randzone erzielen. Neben der erzielbaren Fertigungsqualität ergeben sich damit deutliche Vorteile im Hinblick auf die tech­nisch­en Ei­gen­schaf­ten der Bauteile. Ein­satz finden derartige Fertigungsprozesse vermehrt im Werk­zeug- und Formenbau. In diesem Be­reich ist bei­spiels­weise für die Herstellung funktionaler Oberflächen-strukturen oder filigraner Nebenformelemente das Mikrofräsen aufgrund der genannten Vorteile ein geeignetes und dadurch weit verbreitetes Ver­fah­ren. Begründet wird dies durch den mechanischen und geometrisch be­stimm­ten Werkzeugeingriff und die damit verbundene Beeinflussbarkeit des Trennpro­zesses. Den genannten Vorteilen steht al­ler­dings die begrenzte Standzeit der filigranen Werk­zeuge (d ≤ 1 mm) aufgrund der hohen Beanspruchung im Hartbearbeitungsprozess gegenüber, wel­che auf das thermomecha­nische Belastungskollektiv zurückzuführen ist. Der Verschleiß am Werk­zeug führt bedingt durch Gestaltveränderungen an den Schneiden zu ungünstigen Eingriffsbedingungen oder spontanem Werkzeugversagen. Damit gehen eine beeinträchtigte Bauteilqualität sowie damit verbundener Ausschuss der Pro­duk­tion einher. Dieser ist im Werk­zeug- und Formenbau jedoch aufgrund der hohen Komplexität der Bauteile, der eingesetzten Werk­stof­fe sowie der Anzahl notwendiger Herstellungsschritte mit erheblichen Kos­ten für die produzierenden Un­ter­neh­men verbunden. Hieraus resultiert eine Notwendig­keit, die Werkzeugstandzeit und damit Stabilität des Fertigungsprozesses für die Bearbeitung hochharter Stahlwerkstoffe, wie bei­spiels­weise pulverme­tallurgischer Schnellarbeitsstahl, zu steigern.

Für die Er­hö­hung der Standzeit bei Vollhartmetallwerkzeugen sind u. a. die mechanischen und chemischen Ei­gen­schaf­ten der Beschichtung und ih­re Haftung am Werkzeugsubstrat entscheidend. Diese Punkte sind dabei nicht nur vom Beschichtungsprozess selbst, sondern auch von der Vorbearbeitungs-strategie in hohem Maße abhängig. Diese Zu­sam­men­hän­ge und Wechselwir­kungen sind bisher jedoch wis­sen­schaft­lich noch nicht endgültig geklärt. Insbesondere unter den An­for­de­run­gen der Hartbearbeitung in ei­nem Mikrofräsprozess besteht noch erheblicher Forschungsbedarf. Dies adressiert ins­be­son­de­re die Wechsel­wir­kungen aus der Prozesskette zur Werk­zeug-optimierung, wel­che sich durch die Schneidkantenpräparation, die Schicht-vorbehandlung, die Beschichtung und die Schichtnachbehandlung ergeben.

Das über­geord­nete Ziel des Vorhabens besteht da­her darin, die Grund­la­gen der Mikrozerspanung in Ab­hän­gig­keit von der Schneidkantengestalt und der Grenz­flächenmodifikation sowie deren Wechsel­wir­kungen mit neu­ar­ti­gen nitridischen Hartstoffschichten für die Hartbearbeitung von Werkzeugstählen zu ver­ste­hen, um in der Folge die Leis­tungs­fähig­keit des Hartbearbeitungs-prozesses mit geometrisch bestimmter Schneide zu steigern. Dieser Zielsetzung liegt die Arbeitshypothese zugrunde, dass durch oxidations- und abrasionsbeständigere Schichtsysteme das Werkzeugeinsatzverhalten hinsichtlich Verschleiß, Stand­zeit und realisierbarer Oberflächengüte positiv be­ein­flusst wird. Die Haftung der Schichtsysteme wird durch die Steigerung der Ionisation im DC/HiPIMS-Beschichtungsprozess sowie mit­hil­fe einer geeigneten Vorbehandlung in Form einer gezielten Einstellung der Schneidkantengestalt und der angrenzenden Funktionsflächen gewährleistet.

Die Erkennt­nisse aus dem For­schungs­vor­ha­ben steuern dazu bei, die Wechsel­wirkung der einzelnen Wirkprozesse intensiver zu ver­ste­hen und die Leistungs­fähigkeit der modernen HiPIMS-Schichtsysteme zu erschließen. Aufgrund des Grundlagencharakters der durchgeführten Un­ter­su­chun­gen ist eine Übertrag­barkeit auf andere Zerspanungsprozesse gewährleistet, sodass diese die Basis für wei­tere Prozessoptimierungen bilden.

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Definition der einzelnen Analyseebenen sowie Untersuchungsschwerpunkte

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Anfahrt & Lageplan

Von der A1

Vom Autobahnkreuz Dort­mund/Unna auf die A44 Rich­tung Dort­mund, diese geht in die B1 über. Ausfahrt Dort­mund-Dorstfeld, Rich­tung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

Von der A 45

Ausfahrt Dort­mund-Eichlinghofen, Rich­tung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

Alternativ kön­nen Sie sich die Anfahrt auch berechnen lassen: Google Maps.

Anreise mit der Bundesbahn bis Dort­mund oder Bochum Hbf.

Ab Dort­mund Hbf mit der S1 Rich­tung Düsseldorf bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (7 Minuten Fahrzeit).

Ab Bochum Hbf mit der S1 Rich­tung Dort­mund bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (14 Minuten Fahrzeit).

Die S-Bahn fährt in beide Richtungen regelmäßig alle 20 Minuten. Von der S-Bahn Haltestelle aus mit der H-Bahn (Haltestelle S-Uni­ver­si­tät) bis zur Haltestelle Cam­pus Süd (1 Station, fährt im 10 Minuten-Takt).

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Cam­pus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Cam­pus Nord und Cam­pus Süd. Diese Stre­cke legt sie in zwei Minuten zu­rück.

Vom Flughafen Dort­mund

Mit dem Taxi zur TU Dort­mund, Cam­pus Süd (min. 20 Min und 30,- EUR) (siehe Karte)

Vom Flughafen Düsseldorf

Mit der S-Bahn Linie S1 Rich­tung Dort­mund bis Haltestelle Dort­mund-Uni­ver­si­tät (ca. 90 Min). Von hier mit der H-Bahn Rich­tung Cam­pus Süd oder Eichlinghofen (fährt alle 10 Min) bis Cam­pus Süd (ca. 3 Min)

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Cam­pus Nord und den kleineren Cam­pus Süd. Zu­dem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

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