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Wendeschneidplatten

Harter und zäher Schichtwerkstoff vermeidet Kammrisse bei Fräsern

| Autor: Inka Harrand und Werner Meditz

Um das Problem von Kammrissen beim Hochvorschubfräsen zu beseitigen sollten die Wendeschneidplatten eine optimierte Beschichtung bekommen. Ein in Sputtertechnik aufgebrachter Schichtwerkstoff sorgt durch seine Härte und Zähigkeit für eine Standzeiterhöhung von 40 %.

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Bild 1: Bei dem Fräser Duo-Mill lassen sich zwei geometrisch verschiedene Wendeschneidplatten in einem einzigen Plattensitz spannen.
Bild 1: Bei dem Fräser Duo-Mill lassen sich zwei geometrisch verschiedene Wendeschneidplatten in einem einzigen Plattensitz spannen.
(Bild: Arno)

Besonders bei der Stahlbearbeitung sind Kammrisse an den Schneiden der Zerspanwerkzeuge ein unwägbares Übel. Der unterbrochene Schnitt in Kombination mit dem Einsatz von Kühlmitteln setzt Beschichtungen und Hartmetallsubstrate wechselnden thermischen Belastungen aus, die zu den gefürchteten Rissen führen. Schlechtere Werkstückoberflächen und schlimmstenfalls sogar der plötzliche Totalausfall des Werkzeugs sind die Folgen. Zusammen mit einer Beschichtung auf der Basis des Schichtwerkstoffs HPN1 wollen Cemecon und die Karl-Heinz Arnold GmbH (Arno) die Schwachstelle Kammriss beseitigen.

Spezialbeschichtung ermöglicht unterbrochenes Nassfräsen

Mit dem Duo-Mill-Fräskonzept ist es Arno gelungen, zwei geometrisch verschiedene Wendeschneidplatten in einem einzigen Plattensitz zu spannen. Dies ermöglicht unterschiedliche Fräsbearbeitungen mit nur einem Trägerwerkzeug durch zwei variierende Anstellwinkel. Eckfräsen sowie High-Feed-Cutting (HFC-Fräsen) sind mit einem einzigen Trägerwerkzeug möglich, was Kosten einspart und zugleich große Flexibilität für zahlreiche Bearbeitungsaufgaben bietet. Doch gerade in diesen Einsatzbereichen haben die Werkzeuge mit Kammrissen zu kämpfen.

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Traditionelle Ansätze dafür gibt es viele: Beispielsweise lassen sich die empfohlenen Bearbeitungsparameter in Richtung Sicherheit verschieben, was jedoch Zeitsparpotenzial verschenkt. Oder der Nutzer kann die Werkzeuge früher wechseln – mit größerem Werkzeugeinsatz und höheren Kosten als Konsequenzen. Für den Duo-Mill-Fräser kam von diesen Alternativen keine infrage. Stattdessen musste eine optimierte Beschichtung her, die beim Nassfräsen im unterbrochenen Schnitt möglichst lange durchhält und dabei beste Zerspanqualität liefert.

Die Anforderungen an die Beschichtungsunternehmen waren also alles andere als trivial: Beim HFC liegt der Fokus auf sehr hohen Vorschüben und somit großem Zeitspanvolumen. Durch unterbrochenen Schnitt geht das mit hohen Beanspruchungen einher. Während des Werkzeugeingriffs heizt sich die Schneide schnell sehr stark auf, kühlt dann aber nach dem Austritt aus dem Werkstück auch rasch wieder ab. Die eingesetzten Kühlschmierstoffe beschleunigen diese „Zerreißprobe“ zusätzlich.

Sputtering macht die Schneiden zäher und härter

Die Beschichtung sollte also die Duo-Mill-Wendeschneidplatten in zweifacher Hinsicht unterstützen: Zum einen musste sie den erheblichen Temperaturunterschied beim Zerspanvorgang gut wegstecken können. Zum anderen sollte die Performance der Schneidplatten allgemein verbessert werden. Insgesamt acht unterschiedliche Beschichtungslösungen stellten sich zum Vergleich, darunter auch der Schichtwerkstoff HPN1 von Cemecon.

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