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Präzisionswerkzeuge

Werkzeuge bearbeiten auch ganz schwierige Werkstoffe

| Autor / Redakteur: Klaus Vollrath / Victoria Sonnenberg

Vierschneidiger VHM-Schaftfräser MultiEgge 4Feed HSC von LMT Fette mit 10 mm Ø beim Fräsen von Werkzeugstahl mit 58 HRC. Die nanostrukturierte Beschichtung verträgt um 200 °C höhere Zerspanungstemperaturen als herkömmliche Schichten, die Standzeit konnte um 50 % erhöht werden.
Vierschneidiger VHM-Schaftfräser MultiEgge 4Feed HSC von LMT Fette mit 10 mm Ø beim Fräsen von Werkzeugstahl mit 58 HRC. Die nanostrukturierte Beschichtung verträgt um 200 °C höhere Zerspanungstemperaturen als herkömmliche Schichten, die Standzeit konnte um 50 % erhöht werden. (Bild: LMT Group)

Moderne Hochleistungsprodukte erfordern den Einsatz entsprechend anspruchsvoller Werkstoffe. Deren Bearbeitung stellt besondere Anforderungen an die Eigenschaften der dafür eingesetzten Werkzeuge. Mit Lösungen „von der Stange“ kommt man dabei nicht weit. Stattdessen ist intensive Entwicklungsarbeit gefragt. Dabei müssen sowohl Werkzeugkonstruktion als auch Schneidstoffe und Beschichtungen optimiert werden. Wir stellen Ihnen Werkzeuglösungen für gehärtete Werkzeugstähle, Titan sowie CFK-Verbundwerkstoffe vor.

Im Bereich industrieller Fertigungsprozesse geht der Trend zur vermehrten Verwendung von schwierig zu bearbeitenden Werkstoffen mit entsprechend höherer Belastung der Werkzeuge“, sagt Dr. Diethard Thomas, Consultant der LMT Group in Oberkochen. Heute werden in viel höherem Maße bearbeitungsschwierige Werkstoffe eingesetzt als früher. Besondere Herausforderungen ergeben sich unter anderem bei der Bearbeitung von Stählen mit höherer bis sehr hoher Härte bis hinauf zu 68 HRC, bei Titanwerkstoffen sowie bei Verbundwerkstoffen, vor allem bei den für Hightech-Anwendungen immer beliebteren Carbonfaser-Verbundwerkstoffen (CFK). Zu den Herausforderungen zählen aber auch die zunehmend eingesetzten Edelstähle aufgrund ihrer sehr ungünstigen Spanbildung.

Optimierte Bearbeitungsstrategien spielen eine wichtige Rolle

Höher- und hochfeste Werkstoffe bedingen höhere Zerspankräfte mit entsprechend stärkerer Belastung der Schneiden sowie einer entsprechend gesteigerten Wärmeentwicklung. Allein durch Verbesserung der Werkstoffeigenschaften der Schnittwerkzeuge ist dies nicht aufzufangen: Erforderlich ist vielmehr ein intelligenter Mix aus angepasster Werkzeugkonstruktion, widerstandsfähigeren Schneidstoffen und maßgeschneiderten Beschichtungen. Eine wesentliche Rolle spielen darüber hinaus auch optimierte Bearbeitungsstrategien wie das Trochoidalfräsen.

Beim Fräsen hochfester Werkstoffe wird generell auf reduzierte Spanwinkel sowie eine angepasste Schneidkantenpräparation gesetzt. Mit Letzterer wird versucht, die Stabilität der Schneiden zu erhöhen. Eine weitere konstruktive Maßnahme sind Ecken mit größeren Radien, weil die mechanische und thermische Belastung an den Ecken der Schneiden am größten ist. Deshalb würde eine zu scharfkantige Ausbildung zu vorzeitigem Verschleiß führen. Hinsichtlich der Schneidstoffsorten sind Feinstkornhartmetalle mit hoher Warmhärte der Gruppe K zu wählen, sofern es sich um stabile Maschinenverhältnisse handelt. Anderenfalls ist eine P-Qualität vorteilhafter. Geeignete Beschichtungen zeichnen sich außer durch hohe Härte ebenfalls durch hohe Warmhärte aus. Die Schnittwerte sind gegenüber weniger festen Werkstoffen zu reduzieren, die Zahnvorschübe je nach Anwendungsfall um bis etwa 20 %.

CFK fordern Hersteller von Präzisionswerkzeugen besonders heraus

Als Herausforderung für den Werkzeughersteller erweisen sich auch Composite-Werkstoffe mit ihren inhomogenen Materialstrukturen. Beim Vernieten von Strukturbauteilen aus CFK in Kombination mit zum Beispiel Aluminium zu sogenannten Stacks müssen die Platten gebohrt, gerieben und gefast werden. Dazu waren bisher drei Arbeitsgänge mit bis zu drei verschiedenen Werkzeugen erforderlich. LMT Berlin entwickelte dafür jetzt ein Werkzeug, das diese drei Arbeitsgänge in einem ausführt. Dieser mit PKD-Schneiden bestückte „One-Shot-Drill“ zeichnet sich durch prozesssichere Multifunktionalität aus und vermeidet Ausbrüche, Gratbildung und Delamination. Erzielt wurde eine Einsparung von 58 % beim Einbringen von 1000 toleranzhaltigen Bohrungen in CFK unter Berücksichtigung von Werkzeugwechselzeiten.

„Bei der Entwicklung von Werkzeugen für moderne, schwer zu bearbeitende Hochleistungswerkstoffe geht es vor allem um Fleißarbeit“, erläutert Norbert Reiche, Produktmanager bei ZCC Cutting Tools Europe, Düsseldorf. Dabei gibt es keine „Wunderlösungen“. Stattdessen kommt es auf zähe, partnerschaftlich vorangetriebene Optimierung an Details an, wie Zusammensetzung des Schneidwerkstoffs, Art und Aufbau der Beschichtung sowie Geometrie und Anordnung der Schneiden. Dabei arbeitet man eng mit dem Kunden, den Hartmetallspezialisten im Mutterwerk, den Beschichtern sowie dem Applikationslabor in Düsseldorf zusammen. Die Entwicklung erfolgt weitgehend in Deutschland, beispielsweise im ziemlich entscheidenden Bereich der Beschichtungen.

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