In kaum einem anderen Anwendungsgebiet wird den eingesetzten Werkzeugen so viel abverlangt, wie im Gesenk- und Formenbau. Moderne, hoch feste und gehärtete Werkstoffe bringen selbst superharte Schneidstoffe an ihre Grenzen. Hinzu kommt die Forderung nach präzisen Oberflächen. Zu den Kernkompetenzen der Firmengruppe LMT Tools gehört die Entwicklung effizienter und passgenauer Werkzeuglösungen für diese Hightech-Branche.
Kleinste Oberflächenfehler in den Produkten des Gesenk- und Formenbaus würden die Qualität der später in Serie produzierten Bauteile beeinträchtigen, was zum Beispiel in der Massenproduktion der Automobilindustrie katastrophale Folgen hätte. Ferner ist die Prozesssicherheit ausschlaggebend für die Qualität, das heißt die Werkzeuge müssen insbesondere bei der Finishbearbeitung mindestens ein Bauteil durchhalten bei verlässlicher Standzeit.
Im Fokus der Innovationen von LMT Kieninger stehen dabei Schneidstoffe und Schneidengeometrien im Makro- und Mikrobereich ebenso wie maßgeschneiderte Beschichtungen aus dem eigenen Beschichtungszentrum sowie intensiver Erfahrungsaustausch mit den Werkzeugexperten von LMT Fette. Hochleistungsbeschichtungen haben bei schwierigen Zerspanungsaufgaben eine fundamentale Bedeutung: Die Beschichtung hat den engsten Kontakt zum Werkstück und ist daher bezüglich Kraft- und Temperatureinflüssen primär gefordert. Und ihre anwendungsspezifische Bedeutung ist deutlich sichtbar: Rot oder Gold.
Kopierfräsen bei voller Härte sieht rot aus
Die Beschichtung Nanomold Red ist rot. Sie wurde speziell entwickelt zur Schlichtbearbeitung von Kalt- und Warmarbeitsstahl, Stahlguss sowie für gehärtete Werkstoffe bis 65 HRC im Gesenk- und Formenbau. Der vierlagige Schichtaufbau besteht aus Haftlayer, zwei Kernlayern und einer Decklage und sorgt für eine sehr gute Schichthaftung sowie hohe Warmhärte. In einem konkreten Anwendungsfall zur Bearbeitung einer gehärteten Form mit der WPR-Super-Finish-Geometrie (Bild 1) konnte die Standzeit gegenüber herkömmlicher Beschichtung verdreifacht werden: von 3,5 Stunden auf 10 Stunden.
Auch die nanostrukturierte Beschichtung Nanosphere Red ist rot und signalisiert die Eignung zur Bearbeitung gehärteter Werkstoffe und hochfester Werkzeugstähle zwischen 54 und 68 HRC. Die mögliche Einsatztemperatur bis 1100 °C liegt gegenüber bisherigen Beschichtungen um 200° höher und ist für die Schruppbearbeitung auch ohne Kühlmittel geeignet.
Ein Beispiel für das Fräsen von auf 58 HRC gehärtetem Werkzeugstahl 1.2379 (X155CrVMo12 1) im Gesenk- und Formenbau zeigt Bild 2. Zum Einsatz gelangte der VHM-Schaftfräser Multi-Egge 4 Feed HSC mit 10 mm Durchmesser und 4 Schneiden. Die Standzeit konnte um 50 % erhöht werden, verglichen mit einem etablierten Wettbewerbswerkzeug. Das Werkzeug wurde mit einer Schnittgeschwindigkeit von 120 m/min bei einem Zahnvorschub von 0,3 mm eingesetzt.
Gold für den Gesenk- und Formenbau
Hochleistungswerkzeuge für den Gesenk- und Formenbau haben jedoch nicht nur den Widerstand hochfester Werkstoffe bis ca. 70 HRC zu besiegen. Das einzelne Werkzeug hat oft auch gegen unterschiedliche Schnittgeschwindigkeiten zu bestehen: Von „null“ im Zentrum eines Kugelkopierschaftfräsers bis hin zur Umfangsgeschwindigkeit, abhängig vom effektiven Außendurchmesser. Und das fordert Höchstleistung vom Schneidstoff, von der Wendeplattengeometrie und auch besonders von der Beschichtung.
Die Antwort seitens LMT Kieninger auf diese spezielle Herausforderung heißt Nanomold Gold. Dieses Beschichtungskonzept erlaubt es, die einzelnen Schichtlayer variabel zusammenzusetzen, auch bezüglich der Schichtdicke. Die Topschicht ist dabei für hohe Schnittgeschwindigkeiten ausgelegt und wird kombiniert mit einer Kernbeschichtung für niedrige Geschwindigkeiten. Die Haltbarkeit des Schichtsystems am Substrat wird durch einen Haftlayer sichergestellt. Damit bietet Nanomold Gold thermische und chemische Stabilität sowie einen sehr guten Schutz gegen abrasiven Verschleiß. Ein weiterer Pluspunkt ist der sehr gleichmäßige Verlauf des Verschleißes entlang der Schneidkante. Das bedeutet vor allem hohe Prozesssicherheit bei der Zerspanung.
Und wie bewährt sich diese goldene Schicht in der Praxis? Ein Anwender hat sie bei der Herstellung eines Oberstempels für eine Pkw-Tür getestet. Bearbeitet wurde ein vergüteter Kaltarbeitsstahl 1.2333 mit einem Kugelkopierschaftfräser Durchmesser 16 mm bestückt mit einer WPR-N oder D-Platte. Mehr als 16 Stunden dauerte der Schlichtprozess für das Gesenk. Aber der entscheidende Unterschied zum bisher eingesetzten Werkzeug zeigte sich bereits nach 30 Minuten Fräszeit. Der Freiflächenverschleiß im Zentrum der Schneide reduzierte sich um 23 % und am Umfang der Schneide sogar um 45 %.
Ein anderer Automobilzulieferer setzte eine Kugelkopierfräsplatte WPR-25-AR mit Nanomold Gold beschichtet (Bild 3) zum Vorschlichten von Toolox 33 (1.2738) ein. Gefräst wurde mit einem Zahnvorschub von 0,5 mm und einer axialen und radialen Zustellung von jeweils 0,5 mm. Gegenüber einem Wettbewerbswerkzeug konnte die effektive Schnittgeschwindigkeit im Zentrum von vc = 76 auf vc = 197 m/min (+159 %) sowie die Vorschubgeschwindigkeit von vf = 5000 auf vf = 9000 mm/min (+80 %) gesteigert werden. Dadurch wurde die Durchlaufzeit um mehr als 50 % reduziert.
Vierfache Standzeit
Auch die Beschichtung der neu entwickelten Copymax 2-Wendeplatte von LMT Kieninger ist Nanomold Gold und signalisiert damit eine sehr hohe Leistungsfähigkeit im Gesenk- und Formenbau. Doch damit nicht genug. Die Kopierfräsplatte selbst wurde neu gestaltet. Neben verbesserten Schneid- und Materialeigenschaften verfügt sie über eine voll funktionsfähige zweite Schneide. Die Platte kann somit nach dem Verschleißen der ersten Schneide gedreht und noch einmal mit der gleich hohen Standzeit eingesetzt werden.
Für die Engineeringexperten bestand die Herausforderung darin, die zweite Schneide so in die Werkzeuggeometrie zu integrieren, dass der Anwender die Fräsplatte präzise, sicher und einfach in den Werkzeughalter integrieren kann. Dazu gehört auch der neue, konische Schaftteil und eine speziell entwickelte Spannschraube (Bild 4).
Neu ist auch die Herstellung der Kopierfräsplatte mit dem Verfahren High-Quality-Sintering (HQS). Dabei werden durch einen erhöhten Prozessdruck und einer speziellen Formgebung noch stabilere Schneidkanten erzeugt. Sie wirken sich besonders beim Schruppen und Semischlichten von Großformen vorteilhaft aus und garantieren höchste Prozesssicherheit beim Zerspanen größerer Werkstückflächen.
Beim Fräsen eines wellenförmigen Profils aus Kaltarbeitsstahl 1.2379 hat der Kugelkopierfräser bereits die Erwartungen der Entwickler übertroffen. Dabei betrug die Schnittgeschwindigkeit 240 m/min, die Schnitttiefe 1,5 mm und die radiale Eingriffsgröße 0,5 mm. Im direkten Vergleich zu einer bestehenden Kopierfräsplatte erreichte die Copymax 2-Platte mehr als die doppelte Standzeit: zirka 470 Minuten im Vergleich zu 220 Minuten bei jeweils identischem Verschleiß von maximal 100 µm. Doch dann kam noch die zweite Schneide ins Spiel und brachte das Werkzeug in Summe zu einer mehr als vierfachen Standzeit. Ein signifikanter Effizienzsprung.
LMT Tool Systems GmbH www.lmt-tools.com
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