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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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