Inconel, Hastelloy und Nickel-Basislegierungen wirtschaftlicher Drehen

Kombination vervielfacht Lebensdauer

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Die Einbeziehung der Geometrien, der Materialforschung sowie der Beschichtungen, bis hin zur Entwicklung neuer Herstellungsverfahren zeigt enorme Synergieeffekte und ermöglicht ungeahnte Leistungssprünge bei den Wendeschneidplatten. Die WSP der Serien AC5015S und AC5025S von Sumitomo stellen dies unter Beweis und machen das Drehen von schwer zerspanbaren Werkstoffen deutlich wirtschaftlicher. Karl-Heinz Gies, Stuttgart

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Die Welt der Werkzeuge verändert sich nicht nur mit der steigenden Leistungsfähigkeit von Maschinen und Steuerungen, sondern vor allem weil immer mehr hitzebeständige Materialien zum Einsatz kommen, die in aller Regel als schwerer zerspanbar gelten. Längst verwenden nicht mehr nur Automobilfirmen oder die Luft- und Raumfahrttechnik solche Materialien mit extrem hoher Festigkeit und möglichst geringem Gewicht. Auch der Maschinenbau, die Energietechnik und nicht zuletzt die Elektrotechnik nutzen immer häufiger die Vorteile dieser Werkstoffe.

Gleichzeitig steigen in aller Regel die Anforderungen an die Genauigkeit und Toleranz der Bauteile ebenso wie die Anforderungen an die Oberflächenqualität der bearbeiteten Flächen. Andererseits sollen die Stückkosten sinken und die Prozesssicherheit gesteigert werden. So entsteht ein umfangreiches Pflichtenheft für die Werkzeughersteller und deren Entwickler.

Was die Sache kompliziert macht, sind die sehr stark unterschiedlichen Materialeigenschaften der zu bearbeitenden Werkstücke. Während der Anwender gerne eine Wendeschneidplatte für alles hat, benötigt der Prozessoptimierer das optimale Zerspanungswerkzeug für genau seinen Einsatzfall. Da steht oftmals Prozessoptimierung gegen Universalität und letztlich gegen Wirtschaftlichkeit.

Markante Verbesserungen

In diesem Spannungsfeld haben die Entwickler und Anwendungstechniker bei Sumitomo nach innovativen Wegen zur besseren Bearbeitung von Inconel, Hastelloy und Nickel-Basislegierungen gesucht und markante Verbesserungen auf allen Ebenen erreicht. Das Augenmerk lag nicht allein auf dem Substrat und der Beschichtung, sondern hat von Beginn an auch alle Geometrien der Wendeschneidplatte umfasst.

Hierbei genügt es nicht, sich mit den Schneidengeometrien, abgestimmt auf die neuen Werkstoffe, zu befassen. Vielmehr ist gerade bei diesen Werkstoffen die spanleitende Oberflächengeometrie der Wendeschneidplatten von großer Bedeutung. Während man bei vielen Anwendungen den Span stark formt und staucht, um sicheren Spanbruch zu provozieren, geht es bei zähen Materialien meist darum, den Span sanft und schnell abzuführen, um Aufbauschneiden und Kolkverschleiß ebenso zu vermeiden, wie einen starken Wärmeübergang vom Span auf die Schneidplatte.

Stark formende Spanbrecher sind häufig eine Ursache der Überhitzung von Wendeschneidplatten mit der Folge von frühzeitiger Rissbildung. Diese Hitze fördert andererseits die Neigung zu chemischer Reaktion des Schneidplattenmaterials mit den zu bearbeitenden Materialien und ist seinerseits wieder Ursache von unerwünschten Aufbauschneiden und Kolkverschleiß. Die Variantenvielfalt der Oberflächengeometrien der Wendeschneidplatten von Sumitomo hat hier ihre Ursache und ermöglicht den Anwendern durch freie Wahl passender Geometrieeigenschaften die Optimierung ihres Prozesses abgestimmt auf das jeweils zu zerspanende Material.

Substrat mit 20 % höherer Bruchzähigkeit

Was allen Schneidplatten der Serien AC5015S und AC5025S von Sumitomo gemeinsam ist, ist ein neu entwickeltes Hartmetallsubstrat, das eine um 20 % gesteigerte Bruchzähigkeit gegenüber bisherigen Substraten aufweist. Damit wurde die Kerbverschleißbeständigkeit verdoppelt und die Lebensdauer auch im unterbrochenen Schnitt deutlich gesteigert.

Durch neue Fertigungsmethoden im Hause Sumitomo konnte nicht nur eine homogenere Struktur des Hartmetallsubstrates erreicht werden, sondern es wurde auch die Schichthaftung für die Beschichtung noch einmal deutlich verbessert. Das sichert gleichmäßig hohe Standzeiten und verdoppelt die Beständigkeit gegen Schichtabplatzungen, während die homogenere Struktur des Hartmetalls Ausbrüchen an der Schneide entgegenwirkt.

Bei der Beschichtung neuer Plattenserien AC5015S und AC5025S handelt es sich um eine PVD-Beschichtung auf Basis von AlTiSiN mit einer vergleichsweise starken Schichtdicke von 5 µm. Bisherige Beschichtungen versagen oft frühzeitig, weil sie chemisch mit den heißen Spänen reagieren und starken Kolkverschleiß aufweisen.

Die neue Beschichtung von Sumitomo zeichnet sich vor allem durch eine sehr geringe Neigung zu chemischer Reaktion mit den zu bearbeitenden exotischen Materialien aus. Eingehende Versuchsreihen haben bestätigt, dass auch die Oxidationsbeständigkeit um 25 % verbessert wurde. Insgesamt verlängern eben diese Eigenschaften die Standzeiten der Wendeschneidplatten spürbar, in etlichen Fällen sogar um ein Vielfaches.

Dreifache Standmenge bei Inconel-Bauteilen

Bei der Zerspanung von gealtertem Inconel konnte die Eingriffszeit von Schneidplatten der Sorte AC5015S gegenüber bisher verwendeten Platten beispielsweise von bislang 13 auf nun 30 Minuten gesteigert werden. In einem anderen Fall konnten bisher pro Wendeschneidplatte nur drei Werkstücke aus Inconel 625 hergestellt werden. Bei gleichen Schnittbedingungen bearbeiten die neuen Schneidplatten aus AC5015S nun 9 Werkstücke, weisen also die dreifache Standmenge auf. Und dies ist kein Einzelfall.

Zur gezielten Entwicklungsarbeit gehören bei Sumitomo nicht nur interne Vergleiche, sondern auch Benchmark-Tests mit handelsüblichen Wettbewerbsprodukten und reale Einsatzfälle bei Kunden. Auch dabei zeigen die neuen Sorten ihre Stärken. Während AC5015S vor allem bei Inconel der unterschiedlichsten Arten brilliert, zeigt sich die Sorte AC5025S vor allem bei Hastelloy oder Nickel-basierten Materialien, wie sie im Automobilbau vielfach eingesetzt werden, sehr stark.

Deutliche Kostensenkung

Zusammen mit neuem Substrat, neuer Beschichtung und vielen unterschiedlichen Geometrien setzen diese Wendeschneidplatten laut dem Hersteller Maßstäbe für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe. Deutlich gesteigerte Standmengen erbringen nicht nur bessere Bearbeitungsergebnisse an den Werkstücken und deren Oberflächen. Vielmehr bedeutet die Erhöhung der Standmenge gleichzeitig eine deutliche Kostensenkung durch geringeren Plattenverbrauch und erheblich weniger Maschinenstillstand für den Wechsel der Werkzeuge. Auch die Prozesssicherheit steigt.

Sumitomo Electric Hartmetall GmbH
www.sumitomotool.com
AMB Halle 1 Stand F62

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