Nitrierschichten für das ultrapräzise Diamantbearbeiten von Werkzeugen der Glas- und Kunststoffabformung* Translated title: Nitrided layers for diamond machining of tools for optical molding

Kurzfassung

Die Massenproduktion hochgenauer Optikkomponenten erfolgt durch Blankpressen von Glas oder Spritzprägen von Kunststoff. Dabei sind die Herstellung und die Standzeit der dafür verwendeten Formeinsätze die Kosten bestimmenden Faktoren für die Massenfertigung. Eine Hochpräzisionsbearbeitung von Stahlformeinsätzen mit Diamantwerkzeugen war bisher aufgrund des extrem hohen Werkzeugverschleiβes nicht möglich. Durch Nitrieren vor der Bearbeitung kann die Randschicht so modifiziert werden, dass bei der Bearbeitung geringerer Verschleiβ am Diamanten auftritt. Im vorliegenden Artikel wird die gesamte Fertigungskette zur Herstellung von Formeinsätzen nach der neuen Technologie durchlaufen. Die an Stählen mit unterschiedlicher Legierungszusammensetzung erzeugten Verbindungsschichten wurden charakterisiert und anschlieβend Diamant gefräst bzw. gedreht. Die durch Diamantbearbeitung hergestellten Stahl-Formeinsätze mit konvexen und konkaven sphärischen und asphärischen Konturen besitzen eine ebenso gute Formhaltigkeit und Oberflächenrauheit wie konventionell gefertigte Einsätze. Beim Spritzgieβen von Kunststofflinsen haben sich die neuartigen Formeinsätze bereits bewährt. Die weiteren Herausforderungen an die Forschung bestehen vor allem darin, die Dicke der Verbindungsschichten zu erhöhen und eine auch für das Heiβpressen von Glaslinsen geeignete Stahllegierung zu finden, in der sich diamantbearbeitbare Verbindungsschichten erzeugen lassen.

Abstract

An economical bulk production of glass and plastic lenses can be achieved by hot pressing and injection molding. This requires optical mold inserts made of temperature-resistant hard materials. High-precision-machining of steel molds has not been possible yet because of the heavy chemical tool wear. A nitriding or nitrocarburising treatment changes the surface layer of the steel in a way that leads to less wear of the diamond tool. In the present article the whole manufacturing chain of this new technology is considered. The compound layers on the different steel types are analysed and thereafter machined by diamond milling and turning. The manufactured steel molds with convex and concave spherical and aspherical shapes are as good as conventionally manufactured molds concerning contour accuracy and surface roughness. Molding of plastic lenses was successfully performed with the molds manufactured by the new technique. The aim of further researches is to produce thicker compound layers and to find steel alloys and the corresponding nitriding treatment which bear the high temperatures of the glass molding process.