Defined structured cemented carbide tools for abrasive machining processes

Abstract

The challenge of this dissertation concerns the surface structuration of the WC-CoNi hardmetal with defined geometry, despite the fact that the embedded WC grains have irregular geometrical properties and distribution. An advanced method should be found and applied to structure the WC-CoNi hardmetal tool surface. The structured surfaces should be favorable and beneficial to reduce friction or to remove material in abrasive machining processes. Based upon the surface topography characterization of existing abrasive tools, e.g., CBN honing stone, geometrical properties of abrasives can be measured and quantified. The obtained geometrical information can contribute to the reproduction of the abrasive tool surface on WC-CoNi hardmetal. Laser surface texturing is an advanced machining method with high precision and it can effectively avoid some common thermal damage. Therefore, this method is implemented to machine WC-CoNi hardmetal surfaces. It is found that the structured WC-CoNi hardmetal tool can effectively remove material and improve surface quality of the counterpart (workpiece). These surface patterned hardmetal tools emerge then as potential alternative to conventional abrasive tools. Meanwhile, other patterns have also been produced on the hardmetals, and they can be used in the tribological system to reduce friction and improve wear resistance. It is a methodological and technical innovation to fabricate abrasive machining tools using laser to produce defined structures on a hardmetal surface, because it not only expands the utilization of hardmetal as an abrasive tool material but also enables the control and design of abrasive tool surface topography with high precision.

Die Herausforderung dieser Arbeit besteht in der geometrischen Strukturierung von WC-CoNi-Hartmetall-Oberflächen, wobei die eingebetteten WC-Körner geometrische unbestimmte Eigenschaften sowie zufällige Verteilungen aufweisen. Es sollen neue Methoden gefunden und angewendet werden, um WC-CoNi Hartmetallwerkzeugoberflächen zu strukturieren. Mit Hilfe dieser Strukturen soll die Reibung reduziert oder Material durch abrasive Bearbeitung gezielt abgetragen werden. Durch eine geeignete Charakterisierung der Oberflächentopographie vorhandener Abrasivwerkzeuge können die geometrischen Eigenschaften von abrasiven Körnern ermittelt und quantifiziert werden. Die erworbenen geometrischen Informationen können zur Reproduktion der Oberflächen von Abrasivwerkzeugen auf Hartmetalloberflächen genutzt werden. Die Laseroberflächenstrukturierung ist ein innovatives Bearbeitungsverfahren mit hoher Präzision und Effizienz. Diese Methode kann wirksam die üblichen thermischen Schäden vermeiden. Daher ist dieses Verfahren zur Bearbeitung von WC-CoNi Hartmetall vorteilhaft. Es konnte bestätigt werden, dass die neuartigen strukturierten WC-CoNi Hartmetallwerkzeuge die Materialien der Werkstücke abtragen und die Oberflächenqualität dieser verbessern. Diese oberflächenstrukturierten Hartmetallwerkzeuge können als potentielle Alternative zu konventionellen abrasiven Werkzeugen dienen. Parallel hierzu wurden weitere Strukturmuster auf Hartmetalloberflächen erzeugt. Die Strukturen können in einem tribologischen System angewendet werden, um Reibung zu reduzieren und Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Die definiert erzeugten Strukturen können nicht nur bei Hartmetallen als Schleifwerkzeugmaterial eingesetzt werden, sondern ermöglichen auch eine gezielte Einstellung der Werkzeugoberflächentopographie.