Beschichtung von Zerspanungswerkzeugen

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1 Beschichtung von Zerspanungswerkzeugen TOOLING DAYS KAPFENBERG, Juni 2014 Dr. Wolfgang Kalss Oerlikon Balzers

2 Pro Arbeitstag beschichtet Oerlikon Balzers weltweit über 1 Million Teile 1978 Erste PVD beschichtete Werkzeuge 2014 Balzers heute Über Kunden 1.2 Mio Aufträge pro Jahr 240 Mio beschichtete Teile pro Jahr Beschichtungsservice in 34 Ländern an 94 Standorten Page 2

3 36 Jahre PVD Beschichtungslösungen von Oerlikon Balzers Neue leistungsfähige TiAlN-Schichten Durchbruch der S3p Technologie P3e Technologie Startschuss für BALINIT und IONITRON Einführung der neuen AlCrN Schichtgeneration Erste Generation AlCrN Schichten Page 3

4 Kombinationen von Oberflächentechnologien für das vollständigste Portfolio weltweit Surface treatments NITRIDING Plasma Nitriding THIN FILM COATING PVD PECVD (PACVD) THICKER LAYER COATING Thermal Spray Laser Cladding/ PTA Page 4

5 Kombination von Industriezugängen zu einer grossen Anzahl an Marktsegmenten Aviation Automotive Oil & Gas Tooling Power Generation General Industry Page 5

6 Kundenanforderungen an PVD- Beschichtungen Differenzierung Kosten PVD Coating Performance Lieferzeit Page 6

7 Herstellerkosten am Beispiel Verzahnung Produktivität ist der Schlüssel zum Erfolg 30% Cutting Costs Erhöhung der Schnittdaten 26% Other costs 24% Setup costs Erhöhung der Werkeugstandzeit 12% Cooling 8% Tool Costs Trockenbearbeitung Einkauf Page 7

8 m/min m/min U/min Produktivitätsgewinn durch Maschinendynamik Schnittwerte Drehen max. Achsvorschub max. Drehzahl Hauptspindel Page 8 Quelle: Tooling days 2012, Vortrag L.Horn

9 Entwicklung der Zerspanungsleistung bei Schaftfräsern Zeitspanvolumen [cm 3 /min] ,1 cm 3 /min Faktor ,5 cm 3 /min 60 51,5 cm 3 /min ,5 cm 3 /min Schruppfräser NRF, HSS, TiN 17,3 cm 3 /min Schruppfräser NRC, PM HSS, TiAlN-basiert Schruppfräser, glatte Schneide, HM, TiAlN-basiert Schruppfräser, Spezialprofil, HM, AlCrN-basiert Schruppfräser, Variabler Drall, Doppelnut, HM, AlCrN-basiert Werkzeugdurchmesser 10mm, Werkstoff Stahl N/mm 2, Quelle Fraisa SA Zeitspanvolumen Page 9 TOOLING DAYS, Dr. Wolfgang Kalss

10 Reduzierung der Herstellkosten am Beispiel Verzahnung v c = 150 m / min (module 1.75) v c = 350 m / min (module 1.75) Werkzeugkosten (80x200) 800 (PM HSS hob) 1600 (Carbide hob) Beschichtungskosten 50 (low end) 100 (high end) Standzeit / Zahn 5 m 5 m Anzahl Wiederbeschichtungen Werkstücke / Stunde Kosten / Werkstück % verringerte Herstellkosten durch Erhöhung der Schnittdaten! Page 10

11 State-of-the-art Beschichtungstechnologien Prozesseigenschaften Sehr hoher Ionisierungsgrad Schichteigenschaften Hohe Dichte, grosse Härte Exzellente Haftung Weniger glatt, neigt zu Droplets Prozesseigenschaften Geringer Ionisierungsgrad Schichteigenschaften Geringe Dichte, geringere Härte Moderate Haftung Glatte Oberfläche Page 11

12 Vision: glatte und defektfreie Schichten mit hoher Haftung und Härte Aktuelle Technologie Neue Technologie Arc Ti 0.5 Al 0.5 N 4µm thick, S3p Ti 0.5 Al 0.5 N 4µm thick, 1A/cm 2 ; Nearfield microscope images (160µm squares) and lines scans; 0.5µm sampling step Page 12

13 Plasmadichte a.u. Oerlikon Balzers S3p überwindet Grenzen der konventionellen HiPIMS Technologie Höchste Ionisierung 3 1 Konventionelles HiPIMS Pulslänge [ms] DC Page 13

14 Revolutionäre Glätte 2000x S3p basiert 2000x Arc Evaporation nachbehandelt 2000x Arc Evaporation Page 14

15 Lebenszyklus von Beschichtungstechnologien & Schichten TiN, TiCN AlCrN TiAlN S3p P3e Pioneering Growing Mature Declining Page 15

16 Überzeugende Testergebnisse beim Mikrobohren in Stahl Relative Standmenge [%] % Standzeitende nicht erreicht (geringer Verschleiss) Werkzeug Mikrobohrer Ø 0.6 mm Werkstück Stahl (AISI52100, SUJ 2) Bearbeitung v c = vertraulich L D = vertraulich Emulsion TiAlN (DC Sputter) BALIQ MICRO ALCRONOS Quelle Werkzeughersteller / Endanwender Europa Page 16

17 Prozesssicher im Gewindeformen Anwendung rostfreier Stahl Standmenge [Anzahl Gewinde] % Werkzeug PM-HSS Gewindeformer M3 Werkstück Stahl (AISI 316Ti, SUS 316 Ti) Bearbeitung v c = 12 m/min Gewindetiefe: 7.5 mm Sackloch Emulsion 6% BALINIT A (Ionitron) BALIQ TAP ALCRONOS Quelle Oerlikon Balzers Universität Hamburg Page 17

18 Weitere mögliche Applikationen: Reiben Standmenge [Anzahl Teile] 10,000 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1, % Werkzeug Reibahle, D = 3 mm Werkstück Stahl (20MnCr5) Bearbeitung v c = vertraulich Emulsion Quelle Werkzeughersteller / Oerlikon Balzers 0 Page 18 TiAlN (DC Sputter) BALIQ "." ALCRONOS

19 Ausblick S3p und HIPIMS Technologie Produktlebenszyklus der HiPIMS Technologie (Ausblick) Technologieentwicklungen und Änderungen Technologie in Produktion (4 Beschichtungszentren) Erste Breakthrough Anwendungen gefunden 1st breakthrough applications identified Early growth Heute 80% Arc 10% Ionitron 10% DC Sputtering Morgen 75-80% Arc 10% HIPIMS (S3p ) 5-10% Ionitron 5-10% DC Sputtering Page 19

20 36 Jahre PVD Beschichtungslösungen von Oerlikon Balzers Neue leistungsfähige TiAlN-Schichten Durchbruch der S3p Technologie P3e Technologie Startschuss für BALINIT und IONITRON Einführung der neuen AlCrN Schichtgeneration Erste Generation AlCrN Schichten Page 20

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