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Für jede Anwendung ist der richtige Schneidstoff auszuwählen

Für jede Anwendung ist der richtige Schneidstoff auszuwählen
Hochharte Schneidstoffe für die Zerspanung der Zukunft

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Der Schneidstoff ist wesentlich für die Qualität und Wirtschaftlichkeit bei der Zerspanung verantwortlich. Besonders die Härte und Verschleißfestigkeit des Schneidstoffs sind maßgebend für die Prozesssicherheit beim Spanen.

Autor: Matthias Oettle, Technisches Marketing, Paul Horn GmbH

Das Grundprinzip der Zerspanung mit geometrisch definierter Schneide wie beispielsweise beim Drehen, Fräsen, Bohren oder Reiben ist das Eindringen einer Werkzeugschneide in die Oberfläche des Werkstücks und der daraus resultierenden Abtragung eines Spans.
Der Schneidstoff muss dabei stets härter sein als der bearbeitete Werkstückstoff. Trends in der Werkstofftechnik gehen vermehrt auf anwendungsangepasste Materialien und deren Kombinationen. Neben hochwarmfesten und hochfesten Materialien kommen häufiger Leichtbauwerkstoffe, Kunststoffe und Composites zum Einsatz. Meist werden, aufgrund von abrasivem Verschleiß oder hoher Temperatur bei der Zerspanung solcher Materialien, die Leistungsgrenzen von beschichtetem Hartmetall als Schneidstoff erreicht. Neben der Härte und der Zähigkeit des Schneidstoffs spielen chemische und physikalische Eigenschaften bei der Auswahl der entsprechenden Schneiden eine große Rolle.
Aufgrund der extrem hohen Härte und Strukturierung gibt es in Betrachtung der Verschleißfestigkeit keinen besseren Schneidstoff als Diamant. Der Trend geht unter anderem deshalb verstärkt zu den hochharten Schneidstoffen, welche in Ausführung und Geometrie speziell für die jeweilige Anwendung angepasst werden können.
Je nach Anwendung kommen Standard- und Sonderwerkzeuge mit unterschiedlichen Schneidstoffbestückungen zum Einsatz. Neben CBN- und PKD-Werkzeugen führt Horn CVD-Diamant- und MKD-bestückte Werkzeuglösungen im Lieferprogramm. Insbesondere Schneidplatten mit CVD-Diamantbestückung eignen sich hervorragend zum Einbringen von komplexen 3D Spanleitgeometrien zur besseren Spankontrolle. Hierzu hat Horn zur EMO in Hannover ein umfangreiches Schneidplattenprogramm mit gelaserten Spanformgeometrieen vorgestellt.
Dazu gehören im Einzelnen:
  • CBN: Kubisches Bohrnitrid. Keine chemische Reaktion mit Fe, hohe Warmhärte. Haupteinsatzgebiet ist die Hartbearbeitung von Stahl- oder Gusswerkstoffen mit Härten bis 68 HRC. Als Standardschneidplatten stehen hierzu Stechplatten vom Typ S229 sowie Schneidplatten aus dem System Mini und Supermini zur Verfügung.
  • PKD: Polykristalliner Diamant, rund 90 % Diamant mit metallischem Binder. Haupteinsatzgebiet ist die Zerspanung von Aluminiumlegierungen mit hohem Siliziumanteil, bevorzugt über 12 %, anderen Nichteisen- und Buntmetallen, Schichtpressstoffen, hochverschleißgebende Werkstückstoffe und Gusswerkstoffe. Aufgrund der großen Vielfalt an Varianten werden Schneidplatten mit PKD-Bestückung für fast alle Horn-Systeme nach Kundenwunsch auch kurzfristig hergestellt.
  • MKD: Monokristalliner Diamant. Mohshärte 10, das härteste Material auf der Erde. Insbesondere zur Feinst- und Hochglanzbearbeitung sowie zur Ultrapräzisionszerspanung von eisen- und kohlenstofffreien Werkstoffen, Edelmetallen und Kunststoff. Ein umfangreiches Standardprogramm zum Drehen und Fräsen mit unter anderem den Plattentypen S117, 105 und VCGW16 steht ab Lager zur Verfügung.
  • CVD-D: Chemical Vapor Deposition. Dickschicht Diamant, nahezu 100 % Diamant. Die vergleichsweise hohe Dicke von bis zu 1 mm Diamant erlaubt die Formgebung und das Einbringen von tiefen Spanleitstufen mittels Lasern. Haupteinsatzgebiet ist die Zerspanung von Nichteisen- und Buntmetallen, carbon- und glasfaserverstärkten Kunststoffen und Graphit.
Das Standardprogramm von Horn umfasst eine Vielzahl an ISO-Schneidplatten sowie ganz neu auch ein umfangreiches Fräsprogramm für den Werkzeug- und Formenbau sowie für die Zerspanung von Faserverbundmaterialien aus der Luftfahrt und Automobilindustrie.
CBN für die Hartbearbeitung von eisenhaltigen Metallen
Besonders bei der Hartbearbeitung von eisenhaltigen Metallen ist CBN derzeit unverzichtbar. Aufgrund der Affinität von Kohlenstoff und Eisen kommen weiterhin PKD-, MKD- und CVD-D-Werkzeuge für die wirtschaftliche Bearbeitung von Stahlsorten und Legierungen nicht in Frage. Bei Leichtbaumaterialen wie CFK und GFK sowie bei Aluminiumlegierungen, insbesondere mit hohem Siliziumanteil, sind CVD-D-bestückte Schneidplatten oder Fräswerkzeuge bestens geeignet. Bei Fräsversuchen mit CVD-D-bestückten Fräsern werden die Standzeiten gegenüber PKD-Werkzeugen nicht selten um das Vierfache erhöht.
Werden bei Werkstücken aus Nichteisenmetallen Oberflächengüten weit unter Rz1 verlangt, wie beispielsweise bei der Ultrapäzisionszerspanung von technisch optischen Komponenten, kommen ausschließlich MKD-bestückte Werkzeuge zum Einsatz. Die überaus feine kubische Kristallstruktur des monokristallinen Diamants erlaubt die Herstellung von absolut scharfkantigen Schneiden, welche auch unter 200-facher Vergrößerung keinerlei Fehler aufweisen. Dadurch lassen sich Oberflächen mit Rauhtiefen Rz ≤1 µm, bei optischen Geräten Rq-Werte im nm-Bereich erreichen.
Die Bezeichnung CVD führt häufig zu Verwechslungen mit dem CVD-Beschichtungsverfahren für Wendeschneidplatten. Bei CVD-D handelt es sich um einen Schneidstoff, welcher durch CVD-Synthese ohne Hartmetallunterlage hergestellt wird. Bei der chemischen Gasphasenabscheidung – Chemical Vapor Deposition – wird ein polykristallines, nahezu 100-prozentiges Diamantsubstrat ohne metallischen Binder erzeugt. Die dabei entstehenden Platinen, in der Regel 1 x 1“ groß und bis zu 1 mm dick, können dann mittels Lasern in Formen geschnitten werden. Nach dem Auflöten auf Hartmetall-Schneidplatten oder Vollhartmetallfräsern, kann die Fertigkontur und je nach Anwendung eine Spanleitstufe mittels Laser eingebracht werden.
CVD-Diamant – der Schneidstoff für besondere Zerspanaufgaben
CVD-Diamant erlaubt das Herstellen von absolut scharfen und schartenfreien Schneiden. Der Schneidstoff eignet sich hervorragend zum Schruppen bis zur präzisen Endbearbeitung sämtlicher Nichteisen-Metalle, übereutektischen Aluminiumlegierungen, Kunststoffen mit abasiven Füllstoffen, Edelmetalllegierungen sowie Hartmetall und Keramikgrünlingen.
Um moderne Werkstoffe und deren Kombinationen zu zerspanen, ist es wichtig, den für die jeweilige Anwendung richtigen Schneidstoff zu wählen. Die Auswahl an geeigneten Schneidstoffen für zukünftige Bearbeitungsaufgaben muss und wird immer komplexer, um den gestellten Anforderungen gerecht zu werden.
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