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Drehbearbeitung extrem harter Werkstoffe

Maschine und Werkzeuge im Zusammenspiel für schwierige Materialien
Drehbearbeitung extrem harter Werkstoffe

In der Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien müssen sowohl die Maschinen als auch die Werkzeuge Außergewöhnliches leisten. Der Maschinenbauer Hardinge geht aus diesem Grund seit Jahren technologische Partnerschaften mit Werkzeugherstellern ein. Einer dieser Partner ist die DTS GmbH mit Sitz in Kaiserslautern. Autorin: Andrea Jäger

Die Hardinge GmbH in Krefeld ist das Technologiezentrum des Hardinge-Konzerns in Deutschland. Hier ist man auf die Entwicklung prozessorientierter Lösungen spezialisiert, immer mit den Anforderungen der Kunden im Fokus. Das Team um Niederlassungsleiter Markus Herdegen widmet sich seit Jahren den Herausforderungen, die die Verfahren Hartdrehen und Härtfräsen mit sich bringen. Kontinuierlich werden hier Maschinen und Verfahren optimiert.

Der Kooperationspartner DTS-Diamond Tooling Systems GmbH kann auf 25 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Diamant- und CBN-Werkzeugen zurückgreifen. Diese Werkzeuge mit gelaserten Schneiden wurden speziell für die Bearbeitung extrem harter Materialien entwickelt und sind heute in der spanenden Fertigung in den Bereichen Drehen, Fräsen, Stechen, Bohren und Reiben unentbehrlich. Zu den Kernkompetenzen des Unternehmens DTS gehören die Werkzeug- und Prozessauslegung sowie die Technologieumstellung von Schleifen auf Hartdrehen.

Basis der erfolgreichen Zusammenarbeit sind zum einen die hohe Stabilität und Leistungsstärke der Hartdrehmaschinen der Hardinge Super Precision-Baureihe und zum anderen die große Auswahl an hochharten Schneidstoffen der DTS GmbH. Damit können heute sehr erfolgreich Werkstoffe gedreht werden, die bisher nur schleiftechnisch bearbeitbar waren. Das Drehen hat bei vielen Bearbeitungen z.B. in der Kugellagerfertigung oder in der Werkzeugtechnik enorme Vorteile gegenüber dem Schleifen, es können damit z.B. definierte Konturen mit hoher Geschwindigkeit bei deutlich geringeren Bearbeitungszeiten, also insgesamt sehr wirtschaftlich gefertigt werden. In diesen Fällen kann auf die im Vergleich preisintensiveren Profilschleifscheiben und -stifte verzichtet werden. Die Genauigkeit kann sich ebenfalls sehen lassen: beim Drehen von Hartmetallen und hochlegierten gehärteten Stählen werden Oberflächengüten von Ra 0,03-0,2 µm erreicht.

Die Maschine

Die CNC-Hochgenauigkeitsdrehmaschinen der SP-Serie sind aufgrund ihrer Steifigkeit und Stabilität ideal geeignet für die Hartdrehbearbeitung sowie für kombinierte Hartdreh-, Fräs- und Schleifoperationen zur Herstellung komplexer Werkstücke in einer Aufspannung.

Messprotokolle attestieren der T-Serie eine kontinuierliche Maschinengenauigkeit von 3 µm, eine Werkstück-Rundheit von 0,25 µm (T42) und 0,70 µm (T65), eine Wiederholgenauigkeit (an allen Achsen) von 0,76 µm und eine erzielbare Oberflächengüte von besser als Ra 0,15 µm oder Rz 1.

Das Spindelkonzept Hardinge Collet Ready erlaubt die sichere Spannung von Werkzeug und Werkstück direkt in der Spindel. Die von der T-Serie unterstützten Spannzangensysteme sind nicht wie sonst üblich als Adaptersysteme ausgelegt. Dies verringert die Auskraglänge und hält die Bearbeitung des Werkstücks so nah wie möglich an den Spindellagern. Die dadurch erhaltene maximale Steifigkeit der Spindel ist die Voraussetzung für das Erreichen höchster Präzision.

Der Einsatz einer unabhängigen Y-Achse sowie angetriebener Werkzeuge verbessert die Genauigkeit bei der Fräsbearbeitung und ermöglicht eine hochpräzise Einstellung der Werkzeugmitte zum Hartdrehen. Leistungsstarke Hauptspindeln mit Drehzahlen von 6000/5000/4000 U/min und Antriebsleistungen von 11/15/26 kW bilden die Basis für das Hochgenauigkeitsdrehen.

Die Bearbeitung

Das für die Bearbeitung ausgewählte Werkstück besteht aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen: Stahl 1.2343 (X 37 CrMoV 5–1) und Hartmetall (G30 mit 15% Co und einer Härte von 1250 HV30). Dieses Hartmetall findet vor allem im Werkzeug- und Formenbau Anwendung.

Gespannt wird das Bauteil für die erste Bearbeitungsseite auf der Hauptspindel in einer 16C-E Spannzange, die auf den entsprechenden Spanndurchmesser ausgedreht werden kann. Die Gegenspindel ist ausgestattet mit einer Spannzange mit entsprechendem Vierkantprofil aus dem Hardinge Spannzangen-Portfolio. Auch Sonderkonturen können mit dieser Art Spannzange sicher gespannt werden

Mit den DTS-CBN-H-Werkzeugen (Fräser, Fasenfräser, Diamantbohrer u.a.) können gehärtete Werkstoffe bis zu einer Härte von 72HRC im glatten und unterbrochenen Schnitt mit besten Oberflächengüten bearbeitet werden. Auch eine empfindliche Plattengeometrie wie die V-Platte kann prozesssicher für den am stärksten unterbrochenen Schnitt eingesetzt werden.

Das Drehen der inneren Kontur im Hartmetall ist mit dem Innendrehstahl aus Diamant um bis zu 95% schneller als beim Schleifen. Beim Drehen der Planfläche im gehärteten Stahl 52+2HRC, dem Längsdrehen und Schruppen sowie dem Schlichten von Planfläche und Außendurchmesser bringt eine Wendeplatte mit Wipergeometrie höhere Vorschübe für eine deutlich bessere Oberflächengüte.

Das Vorstechen der V-Nut im gehärteten Stahl 52+2HRC und das Schlichten der Stechkontur erfolgen mit dem 1 mm breiten Micro-Line Stechsystem mit CBN-Schneiden für hochpräzise Einstiche und Konturen in gehärteten Stählen und Hartmetallen, Aluminium, GFK/CFK und diversen Kunststoffen. Mit den DTS CBN-Coat-Bohrern sind Bohrungen ins Volle in gehärteten Werkstoffen bis 68HRC problemlos realisierbar. Diese können anschließend mit spiralisierten CBN- Reibahlen gerieben werden. Die abschließende Gravur am Werkstück erfolgt im gehärteten Stahl mittels angetriebener Werkzeuge und programmierbarer C-Achse mit einem CBN-Kugelfräser mit 2,0 mm Durchmesser.

Der wirtschaftliche Einsatz der ultraharten Hochleistungsschneidstoffe ist nur sichergestellt, wenn der Zerspanungsprozess und der Schneidstoff perfekt aufeinander abgestimmt sind. Die Unternehmen Hardinge und DTS arbeiten seit 2010 immer wieder gemeinsam an anspruchsvollen Projekten sowie an zukunftsorientierten Technologien, um Bearbeitungsprozesse zu erleichtern. Dazu gehören das Zerspanen von Werkzeugstählen und harten Keramiken, aber auch die Bearbeitung von Hartmetallen mit Kobalt- oder Nickelbinder.

Für die Bearbeitung von Hartmetallen mit einer Härte von bis zu 1970 HV30 hat die DTS GmbH vor Kurzem einen neuen Ultra-Diamanten entwickelt. Für den kontrollierten Spanbruch bei Hartzerspanung, Aluminium und bleifreiem Messing wurden neue 3D-Schrupp- und Schlichtspanleitstufen entwickelt.

Der Anspruch der Technologiepartner Hardinge und DTS an den Einsatz ihrer Produkte lautet auch in Zukunft: schnell, präzise und langfristig prozesssicher.

Hardinge GmbH
www.hartdrehen.com

Europark Fichtenhain A 13 c

D-47807 Krefeld

DTS GmbH
www.diamond-toolingsystems.com

Industriegebiet Nord

Hans-Geiger-Straße 11a

D-67661 Kaiserslautern

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