Kontrollierter Spanbruch Angepasste Zerspanprozesse für bleifreie Kupferwerkstoffe

Die spanende Bearbeitung bleifreier Kupferlegierungen ist im Vergleich zu den bleihaltigen Kupferlegierungen deutlich schwieriger. Durch optimierte Werkzeuggeometrien, Schneidstoffe und Beschichtungen sowie Kühlschmierstoff-Strategien lässt sich ein kontrollierter Spanbruch erzielen und das Zeitspanvolumen steigern.

Anbieter zum Thema

Hermann Kemper GmbH & Co. KG - Hersteller für CNC Drehteile

Schages GmbH & Co.KG

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Kupferwerkstoffe zeichnen sich durch eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie eine exzellente bakterizide Wirkung aus und finden daher in verschiedenen technischen Bereichen wie der Elektronik- und Elektroindustrie, dem chemischen Anlagen- und Apparatebau, der Klimatechnik sowie der Sanitär- und Lebensmittelindustrie Verwendung [1].

Entsprechend diesem weiten Einsatzgebiet wurde im Laufe der Zeit eine Vielzahl unterschiedlicher Kupferlegierungen entwickelt. Wesentliches Ziel war es, nicht nur das Einsatzverhalten der Werkstoffe möglichst optimal auf die spezifische Anwendung abzustimmen, sondern aus dem Halbzeug höchst produktiv das jeweilige Bauteil zu fertigen.

Aus dieser Zielsetzung heraus wurden den Kupferwerkstoffen in der Regel zerspanungsverbessernde Legierungselemente zugesetzt, insbesondere Blei. Dadurch entstanden Werkstoffe, die heutzutage zu den am besten zu zerspanenden Metallen gehören – zum Beispiel das bleilegierte Automatenmessing CuZn39Pb3. Dieser Werkstoff wird, sofern nicht spezifische technische Anforderungen seinen Einsatz ausschließen, neben anderen funktionalen Aspekten vor allem wegen seiner ausgezeichneten Zerspanbarkeit in vielen Lohn- und Automatendrehereien bevorzugt eingesetzt.

Blei wirkt in feindisperser Verteilung als sehr guter Spanbrecher

Das in der Matrix praktisch unlösliche Blei wirkt in feindisperser Verteilung als sehr guter Spanbrecher [2]. Zudem bildet das Blei in der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Spanunterseite einen reibungsmindernden Schmierfilm aus, der die Zerspankräfte und damit die mechanische Belastung auf das Werkzeug und das Werkstück reduziert [3]. Neben langen Werkzeugstandzeiten bewirkt dies eine hohe geometrische Maßhaltigkeit der gefertigten Bauteile.

Zum Schutz von Gesundheit und Umwelt verfolgen die Europäische Kommission und die EU-Mitgliedsstaaten seit Ende der Neunzigerjahre jedoch verstärkt das Ziel, die Emissionen von Schwermetallen, insbesondere Blei, zu verringern. Die bislang am wirksamsten getroffene Maßnahme war der Verzicht auf verbleiten Kraftstoff. Auch in der Metallindustrie wurden die eingesetzten Schwermetallanteile in Stahl- und Nichteisenlegierungen sowie die bei der Verarbeitung entstehenden Emissionen deutlich reduziert [4].

Spanende Bearbeitung bleifreier Kupferlegierungen ist schwierig

Beispiele für Maßnahmen des Gesetzgebers sind die deutsche Trinkwasserverordnung TrinkwV 2001 und die Richtlinien 2000/53/EG und 2002/95/EG des Europäischen Parlamentes und Rates über Altfahrzeuge sowie alte Elektro- und Elektronikgeräte.

Nach diesen Richtlinien ist der Einsatz von Blei in Kupferlegierungen für die genannten Einsatzbereiche limitiert. Die spanende Bearbeitung bleifreier Kupferlegierungen ist zwar besser im Vergleich zu einigen anderen metallischen Werkstoffen wie hochfestem Stahl oder Nickelbasislegierungen, im Verhältnis zu den bleihaltigen Kupferlegierungen jedoch wesentlich schwieriger.

(ID:34746520)