Im Werkzeug- und Formenbau stellt der steigende Einsatz von Formwerkzeugen aus Hartmetall eine technologische Herausforderung dar. Insbesondere die Fertigung solcher Formwerkzeuge mittels Fräsens ist bis heute nicht erforscht. Lediglich erste „Trial and Error“-Versuche zeigten die Möglichkeit des Fräsens von Hartmetall. Jedoch resultierten die Untersuchungen in kurzen, nicht reproduzierbaren Standzeiten sowie in Defekten am Bauteil selbst.

Die Zielsetzung dieser Arbeit war es daher eine wissensbasierte Fräswerkzeug- und Prozessauslegung für das Schlichtfräsen von Hartmetallen zu ermöglichen. Dafür wurde zunächst ein fundiertes Wissen über die Zerspanbarkeit ausgewählter repräsentativer Hartmetalle durch Zerspanungsversuche im orthogonalen Schnitt an einem speziell konzipierten Zerspanungsprüfstand erarbeitet. Insbesondere der Einfluss der Prozessparameter und der Schneidenmikrogeometrie auf die Zerspankraft, die Temperaturen in der Zerspanzone, die Oberflächeneigenschaften sowie die Spanform wurden analysiert und bewertet. Auf Basis der Versuchsergebnisse konnten prozessrelevante Kennwerte abgeleitet und mithilfe verschiedener Modellierungsansätze erklärt werden. So konnte u.a. ein erweitertes Spanbildungsmodell für die Zerspanung von Hartmetall entwickelt werden. Mithilfe des Modells ist es möglich, in Abhängigkeit von Werkstoff, Schneidkantenverrundung und Prozessparameter die Spanbildungsmechanismen zu erklären. Darüber hinaus konnten die Kennwerte in einer FEM-Simulation für die Zerspanung von Hartmetall integriert werden und ein erster qualitativer Abgleich der Ergebnisse erfolgen. Auf Basis der Erkenntnisse und mithilfe der modelltheoretischen Ansätze konnte ein optimaler Bereich der Zustellung und der Schneidkantenmikrogeometrie in Abhängigkeit von dem Werkstoff und der Schnittgeschwindigkeit für das Fräsen von Hartmetall ermittelt werden.

Abschließend wurden die Kennwerte in einem Gestaltungsmodell zusammengeführt. Mithilfe der abgeleiteten Gestaltungsregeln konnten eine belastungsspezifische Optimierung der Werkzeugmikrogeometrie sowie eine systematische Anpassung der Fräsprozessparameter erfolgen. Die technologische Validierung der Ergebnisse in Standzeituntersuchungen sowie die Fertigung eines repräsentativen Demonstrators des Werkzeug- und Formenbaus verdeutlichten schließlich das technologische und wirtschaftliche Potential des Fräsens von Hartmetall.