Zäh, hart und warmfest

Prozesssicheres Bohren und Gewindebohren von korrosionsbeständigen austenitischen Stählen. Stähle haben auch im Zeitalter innovativer Leichtbauwerkstoffe wie Magnesium, Aluminium oder...

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Aachener Maschinenbau GmbH

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Prozesssicheres Bohren und Gewindebohren von korrosionsbeständigen austenitischen StählenStähle haben auch im Zeitalter innovativer Leichtbauwerkstoffe wie Magnesium, Aluminium oder Faserverbundwerkstoffe nach wie vor eine herausragende Stellung im Maschinen- und Anlagenbau. So gewinnen korrosionsbeständige Stähle und deren Bearbeitung seit Jahren zunehmend an Bedeutung. So stieg der weltweite Verbrauch von 12,8 Mio. t im Jahr 1990 auf 18,4 Mio. t im Jahr 2000.Typische Anwendungsfelder für korrosionsbeständige Stähle sind beispielsweise der chemische Anlagen- und Apparatebau (Pumpen, Armaturen, Flansche), die Lebensmittelindustrie (Kessel, Apparate), die Medizintechnik (Implantate), aber auch immer stärker das Baugewerbe (Geländer, Verkleidungen) und ebenso die Möbelindustrie (Beschläge, Lampen).Die spanende Bearbeitung von korrosionsbeständigen Stählen, vor allem dem vorwiegend verwendeten rostfreien austenitischen Stahl, ist dabei schwierig zu beherrschen. Die Werkstoffe dieser Gruppe besitzen zwar nur eine mittlere Zugfestigkeit, aber sie sind jedoch sehr zäh, was zu schlechter Spanbildung führt. Durch ihre starke Neigung zur Kaltverfestigung und ihre schlechte Wärmeleitfähigkeit treten entsprechend hohe Kräfte und Temperaturen an den Werkzeugschneiden auf, und in der Folge ein entsprechend hoher Werkzeugverschleiß. Die starke Neigung dieser Werkstoffe zum Kaltverschweißen mit der Werkzeugoberfläche fördert ebenfalls den Verschleiß.Prozesssicheres Bohren austenitischer StähleDas Bohren und nachfolgende Gewindeschneiden solcher Werkstoffe ist deshalb eine anspruchsvolle Aufgabe, zumal die Verarbeitung der rostfreien Stähle häufig in klein- und mittelständischen Unternehmen auf älteren Werkzeugmaschinen erfolgt, eine innere Kühlmittelzufuhr oftmals nicht zur Verfügung steht und der Einsatz von Vollhartmetallwerkzeugen nicht möglich ist. Die von Titex entwickelten Bohrer VA Inox und Gewindebohrer Sprint 50 TFT ermöglichen das prozesssichere Bearbeiten solcher Werkstoffe. So schließt der neue HSS-E-Bohrer eine Lücke zwischen herkömmlichen Schnellstahlbohrern und Hochleistungs-Vollhartmetallbohrern. Der Bohrer ermöglicht das prozesssichere Bohren auch unter schwierigen und instabilen Bedingungen, bei denen Vollhartmetallbohrer durch Werkzeugbruch versagen würden. Beim Einsatz herkömmlicher HSS-E-Bohrer für die Bearbeitung von VA-Stählen lässt sich jedoch häufig die Spanbildung nicht beherrschen. Es tritt, wenn überhaupt, ein nur unzureichender Spanbruch auf und es bilden sich in der Regel schnell Wirrspäne und Spanknäuel.Die Nuten- und Spitzengeometrie des neuen Bohrers wurde deshalb so weit optimiert, dass auch beim Bearbeiten von zähen austenitischen Stählen ein hervorragender Spanbruch entsteht. Wirrspäne gehören beim Einsatz dieses Spiralbohrers deshalb der Vergangenheit an. Durch den speziellen Spitzenanschliff des Bohrers wird zugleich eine stabile und scharfe Schneidengeometrie geschaffen, die dafür sorgt, dass sich auch bei höheren Vorschubgeschwindigkeiten die Vorschubkräfte in Grenzen halten.Glatte Werkzeugoberfläche minimiert VerschweißungenBei der Bearbeitung von rostfreien austenitischen Stählen spielt vor allem die Beherrschung der Werkstoffverschweißungen am Werkzeug eine herausragende Rolle. Verschweißt der Werkstoff mit der Werkzeugoberfläche, reißen die abfließenden Späne zyklisch diese Aufschweißungen mit sich weg und zerstören dabei die Werkzeugoberfläche. Für die Herstellung des Bohrers VA Inox wurde deshalb ein spezielles Schleifverfahren entwickelt, durch das eine sehr glatte Werkzeugoberfläche entsteht. Zusätzlich werden die Werkzeuge beschichtet mit einer extrem glatten Multilayer-Hartstoffschicht. Die resultierende Oberfläche ist nun so glatt, dass Verschweißungen minimiert werden. Dadurch sind mit dem Bohrer Schnittwerte möglich, die viermal so hoch sind wie bei konventionellen HSS-E- Werkzeugen für die Bearbeitung von VA-Stählen.Durch seine hervorragende Spanbildung eignet sich der Bohrer außer zur Bearbeitung von rostfreien, austenitischen Stählen auch für das Bohren anderer weichzäher Werkstoffe, besonders weicher Kupferlegierungen (E-Cu), Aluminium-Knetlegierungen und weicher Baustähle. In fast jede zweite Bohrung muss im nachfolgenden Fertigungsschritt noch ein Gewinde eingebracht werden. Auch hier kämpft der Fertigungstechniker bei der Bearbeitung rostfreier austenitischer Stähle mit einer ungünstigen Spanbildung und häufig auftretenden Wirrspänen oder Späneknäueln. Standzeiten und Schnittgeschwindigkeiten sind beim Gewindeschneiden in diesen Werkstoffen ebenfalls unbefriedigend. Gerade im Bereich der Lebensmittelindustrie, aber auch bei chemischen Apparaten darf häufig nicht auf die spanlose Alternative Gewindeformen zurückgegriffen werden, weil das typische, krallenförmige Gewindeprofil hier unerwünscht ist. Auch das Gewindefräsen ist bei tieferen Gewinden in diese Werkstoffe nicht geeignet, so dass oftmals nur das Gewindeschneiden oder das Gewindebohren als geeignete Fertigungsverfahren in Frage kommen. Hohe Schnittgeschwindigkeit und großer StandwegBei Grundlochgewinden über 1,5D Gewindetiefe in lang spanende Werkstoffe wurden bisher fast ausschließlich blanke oder gedampfte Gewindebohrer eingesetzt, weil herkömmlich beschichtete Gewindebohrer die bereits ungünstige Spanbildung weiter verschlechtern. Diese Gewindebohrer erreichen jedoch hinsichtlich Schnittgeschwindigkeit und Standweg bei weitem nicht die Leistungswerte hartstoffbeschichteter Werkzeuge. Dafür eignen sich die neuen Gewindebohrer Sprint50TFT aus pulvermetallurgisch hergestelltem Schnellarbeitsstahl (HSS-E-PM). Dieser Werkstoff zeichnet sich durch eine hohe Zähigkeit bei gleichzeitig hoher Härte und Warmfestigkeit aus. Möglich wird dies durch eine sehr gleichförmige Verteilung der feinen Karbide innerhalb des Gefüges. Zugleich verbessert der Kobaltanteil von 8,5% die Warmfestigkeit des Schneidstoffs und ermöglicht deshalb höhere Schnittgeschwindigkeiten als bei Gewindebohrern aus konventionellem HSS-E. Drallwinkel von 50° sorgt für guten SpänetransportFür einen guten Spantransport bei tieferen Gewinden in lang spanende zähe Werkstoffe hat der Gewindebohrer einen 50°-Drallwinkel. Die für das Gewindebohren typischen langen und dünnen Späne werden dadurch gut eingerollt und aus dem Gewinde gefördert. Die Gewindegänge im Führungsteil sind zusätzlich abgeschrägt, so dass sich auch beim Reversieren keine Späne zwischen Werkzeug und geschnittenem Gewinde verklemmen.Wie der Bohrer, so ist auch der Gewindebohrer beschichtet mit einer extrem glatten Multilayer-Hartstoffschicht und ermöglicht die prozesssichere und schnelle Fertigung von Gewinden in rostfreien austenitische Stähle, aber auch in Bau- und Vergütungsstähle mit einer Zugfestigkeit von 1000 N/mm2. Im Vergleich zu herkömmlichen Gewindebohrern sind Schnittwerte und Standwege zwei- bis dreimal höher.