Schneidstoffe Mehr Zerspanungsleistung beim Drehen von ISO-P-Stahl

Autor / Redakteur: Rolf Olofsson / Peter Königsreuther

Sandvik Coromant präsentiert die neuen Wendeschneidplatten GC4415 und -4425 für das Stahldrehen. Im Zuge dessen, erfahren Sie von einem Experten mehr, über die Bedeutung der richtigen Sortenauswahl.

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Sandvik Coromant hat mit GC4415 und GC4425 zwei neue Stahldrehsorten auf den Markt gebracht, die ISO-P-Stähle prozesssicherer in Form bringen. Laut Hersteller hat man sich dabei auch was von den alten Römern abgeschaut.
Sandvik Coromant hat mit GC4415 und GC4425 zwei neue Stahldrehsorten auf den Markt gebracht, die ISO-P-Stähle prozesssicherer in Form bringen. Laut Hersteller hat man sich dabei auch was von den alten Römern abgeschaut.
(Bild: Sandvik Coromant)

Eine alte römische Kriegsstrategie und die neuen ISO-P-Stahldrehsorten von Sandvik Coromant haben etwas gemeinsam, was die Zerspanungsleistung bei Stahldrehprozessen steigert. Denn ein weit verbreiteter Irrglaube in der Metall verarbeitenden Industrie ist, dass die Bearbeitung von Stahl simpel ist. Der wirklich erfahrene Zerspanungspraktiker weiß aber ganz genau, dass die Drehbearbeitung von ISO-P-Stahl eine echte Herausforderung darstellt.

Die erste Schwierigkeit besteht schon darin, dass sich die Werkstoffe mit ISO-P-Klassifizierung voneinander unterscheiden – das Spektrum reicht von duktilen, kohlenstoffarmen bis hin zu hochlegierten Stahlsorten. Auch variieren die Härte der ISO-P-Stähle und natürlich die Anwendungsart – folglich auch die Bearbeitungsbedingungen beim Drehen. Die Wahl der richtigen Wendeschneidplatten-Sorte (WSP), die diesem breiten Anforderungsprofil gerecht wird, ist aber anspruchsvoll.

Das sollte eine WSP-Beschichtung leisten

Bei der Auswahl der richtigen WSP-Sorte ist sowohl die Bruchfestigkeit als auch die Härte der Schneidkante zu beachten – Letztere muss nämlich die extremen Temperaturen in der Schneidzone aushalten können, damit sie sich nicht plastisch verformt.

Auch eine Beschichtung ist wichtig, weil sie Freiflächen- und Kolkverschleiß sowie Aufbauschneiden verhindert. Man bedenke auch, dass die Beschichtung auf dem Substrat gut anhaftet, weil sonst der schnelle Werkzeugausfall droht.

Angesichts dieses Anforderungskatalogs ist es wichtig, den Aufbau einer Stahldrehsorte zu verstehen. Denn nur wer das weiß, kann die Entscheidung bei der anwendungsspezifischen Auswahl der WSP-Sorte richtig treffen.

Mehr über Substrataufbau und -beschichtung

Alle Hartmetallsorten beinhalten einen Hartmetallkern, der auch als Substrat bezeichnet wird. Das Substrat bestimmt wie zäh und fest die Sorte ist. Auch die Widerstandsfähigkeit gegen plastische Deformation hängt davon ab.

Das Hartmetallsubstrat ist in der Regel mit Titancarbonitrid (TiCN), Aluminiumoxid (Al2O3) oder Titannitrid (TiN) beschichtet, was der Wendeschneidplatte eine hohe Kanten-, Verschleiß- und Haftfestigkeit verleiht. Letztlich macht sie das gegen Freiflächen- und Kolkverschleiß sowie Aufbauschneidenbildung sehr unempfindlich. Die optimale Haftung sowie damit eine möglichst lange Werkzeugstandzeit werden durch mikroskopische Details, die bei der Entwicklung der Beschichtung unbedingt berücksichtigt werden müssen, bestimmt.

Jetzt marschieren die Römer-Legionen ins Spiel

Bei herkömmlichen Aluminiumoxidbeschichtungen ist die Kristallorientierung zufällig (Bild unten links). Wenn aber das Kristallwachstum innerhalb der Beschichtung so gesteuert werden kann, dass alle Kristalle in die gleiche Richtung ausgerichtet sind (Bild unten rechts), führt dies zu verbesserten Verschleißfestigkeitsmerkmalen.

Bild 3: Links sieht man das zufällig angeordnete Kristallgefüge (rötlich), das sich bei einer konventionellen CVD-Aluminiumoxidbeschichtung auf dem WSP-Substrat ausbildet. Wendet man die Inveio-Technologie von Sandvik Coromant an, wachsen alle Kristalle in die selbe Richtung und verdicken sich zur Oberfläche hin (grünlich).
Bild 3: Links sieht man das zufällig angeordnete Kristallgefüge (rötlich), das sich bei einer konventionellen CVD-Aluminiumoxidbeschichtung auf dem WSP-Substrat ausbildet. Wendet man die Inveio-Technologie von Sandvik Coromant an, wachsen alle Kristalle in die selbe Richtung und verdicken sich zur Oberfläche hin (grünlich).
(Bild: Sandvik Coromant)

Und ein Beispiel aus der römischen Geschichte soll die Bedeutung der Kristallorientierung erläutern: Die römischen Legionen setzen während einer Belagerung häufig eine Schildmauer ein (frei nach Asterix auch Schildkröte genannt). Bei der auch Testudo-Formation genannten Taktik werden alle Schilde so ausgerichtet und dicht gepackt, dass es keine Lücken mehr gibt, in die der Gegner einwirken kann. So sorgte die Schildmauer beim römischen Vormarsch für die erfolgreiche Abwehr entgegenkommender Angriffe.

Und ähnlich funktioniert die Kristallorientierung in einer WSP-Beschichtung: Die dicht gepackten, unidirektionalen Kristalle wirken wie die römische Schildmauer und sorgen für den nötigen Widerstand gegen schwierige Bedingungen in der Schneidzone.

Zweite Inveio-Generation panzert besser

Sandvik Coromant hat nun aber einen Weg gefunden, das Kristallwachstum in der Aluminiumoxidbeschichtung genau so zu kontrollieren und sich zusätzlich auch noch mit ihrem stärksten Teil zur Oberfläche hin ausrichten. Das Ganze ist die patentierte Inveio-Technik, die einen echten Durchbruch markiere und den Wendeschneidplatten ein höheres Level an Verschleißfestigkeit und Werkzeugstandzeit mit auf den zerspanungstechnischen Weg gibt.

Die dicht gepackten, unidirektionalen Kristalle bilden dabei eine starke Barriere gegen die Schneidzone und den Span, weshalb Inveio-Sorten auch dem Freiflächen- und Kolkverschleiß Paroli bieten. Weil sie auch die Wärme schneller aus der Schneidzone ableiten, ist die Schneidkante länger vor plastischer Deformation geschützt. Unterm Strich genießt man ein berechenbareres Werkzeugverhalten und eine lange Standzeit.

Mit der Einführung der zweiten Generation der Inveio-Technik, unter anderem mit den oben bereits genannten neuen Stahldrehsorten GC4415 und GC4425, wurden die Vorteile der unidirektionalen Beschichtung noch ausgebaut. Die weiter optimierte Kristallorientierung erreicht eine gleichmäßigere Leistung und eine nochmals deutlich verbesserte Verschleißfestigkeit. Die zwei neuen Stahldrehsorten GC4415 und GC4425 sind für Unternehmen mit Massen- und Serienfertigung gedacht.

Unterbrochener Schnitt ohne Werkzeugbruch

Außer dem Substrat und der Beschichtung spielt ein weiterer Aspekt eine wichtige Rolle bei der Auswahl der richtigen Wendeschneidplattensorte. Der betrifft die Leistung bei Bearbeitungen mit unterbrochenem Schnitt, welche eine wichtige Anforderung darstellt, weil sich so plötzliche Wendeschneidplatten-Brüche vermeiden lassen.

Gefragt sind dabei Wendeschneidplatten, die einer Nachbehandlung unterzogen wurden. Das ist ein Prozess, bei dem sehr feine, scharfe Keramikpartikel auf die Beschichtung der Wendeschneidplatte geschossen werden, um sie zu verstärken und zu verfestigen. Wendeschneidplatten, die so eine effektive Nachbehandlung erfahren haben, überzeugen dann auch bei Drehprozessen mit unterbrochenem Schnitt.

Praxis offenbart massive Produktivitätsvorteile

Anwender konnten berichten, dass sie mit höheren Schnittgeschwindigkeiten (vc) und vielfach höheren Vorschüben (fn) drehen konnten. In einem Fall unterzog ein Maschinenbauer ein Werkstück aus vorvergütetem 4140er-Stahl einer multidirektionalen Außenschruppbearbeitung mit der GC4425 Wendeschneidplatte. Im Vergleich zur ISO-Wendeschneidplatte eines Wettbewerbers konnte dabei eine Produktivität quasi verdoppelt werden – inklusive einer um 50 Prozent reduzierten Taktzeit und einer um rund 30 Prozent günstigeren Fertigung.

Die Bearbeitung von ISO-P-Stahlwerkstoffen ist und bleibt aber eine knifflige Angelegenheit. Wer aber bei der Auswahl der Sorte die richtigen Überlegungen anstellt und über den Tellerrand blickt – unter anderem in Richtung Substratzähigkeit oder technischer Fortschritte in Sachen Materialwissenschaft und Werkzeugtechnologie – kann beim Stahldrehen offensichtlich seine Bearbeitungseffizienz und auch seine Gesamtproduktivität deutlich verbessern.

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