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Meilensteine beim Fräsen von Hartmetall

Neue Hartmetallsorte verbessert Zerspanbarkeit
Meilensteine beim Fräsen von Hartmetall

Hartmetall wirtschaftlich zerspanen? Nicht möglich? Der Werkzeugspezialist Zecha setzt mit innovativer Frästechnik laut eigener Angabe, Maßstäbe. Dabei verkürzen die Marlin-Fräser nicht nur die Bearbeitungszeit, sondern erzielen auch bessere Oberflächen als die herkömmlich eingesetzten Prozesse, wie zum Beispiel das Erodieren. In Kombination mit neuen Hartmetallsorten von Ceratizit steigen die Möglichkeiten weiter.

Bei Hartmetallen mit Härten zwischen 900 und 2200 HV sowie sehr hoher Verschleißfestigkeit und Wärmehärte stößt die mechanische Bearbeitung bislang an ihre Grenzen. Mit Marlin, zwei neuen Serien für das Fräsen von Hartmetallen, möchte die Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH nun einen Meilenstein in der Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide setzen.

Der Hartmetallspezialist Ceratizit widmet sich am Standort Deutschland schwerpunktmäßig Lösungen für den Werkzeugbau. So kennt Frank Haßmann, Produktmanager bei Ceratizit, die Schwierigkeiten, auf die Werkzeuge beim Zerspanen von Hartmetall treffen: „Wie gut ein Hartmetall gefräst werden kann, hängt ab von Aufbau und Anteil der Binderphase sowie der durchschnittlichen Korngröße der Wolframcarbid-Körner. Auch die Homogenität der Gefügestruktur nimmt starken Einfluss auf die Standzeit der eingesetzten Fräswerkzeuge sowie auf die des Aktivteils, wie Stempel oder Matrize, im Werkzeug. Um möglichst hochwertige Produkte zu erhalten, liegt der Fokus bei der Wahl der Hartmetallsorte primär auf der Endanwendung und nicht auf der guten Zerspanbarkeit. Damit stehen Härte, Biegebruchfestigkeit und KIC-Wert (Risszähigkeit/Kantenstabilität) der Wirtschaftlichkeit des Fräsverfahrens mit guten Oberflächengüten gegenüber.“
Diamantbeschichtung macht’s möglich
Der Werkzeughersteller meistert den Spagat in diesen harten Einsatzbedingungen mit der neuesten Technologie der hochharten Marlin-Fräser. Die ausgefeilte Geometrie, die hohe Schneidkantenstabilität und die abgestimmte Diamantbeschichtung ermöglichen den Kugelfräsern der Serie 900 und den Torusfräsern der Serie 910, sämtliche Hartmetalle wirtschaftlich zu bearbeiten – beim Schruppen und beim Schlichten. Da die Möglichkeiten beim Fräsen zudem viel größer sind als mit Erodier- und Schleifprozessen, erweitert sich das Spektrum an herstellbaren komplexen 3D-Konturen enorm. Wie schnell die Werkzeuge unter den harten Bedingungen arbeiten, zeigt ein Beispiel: Ein Kugelfräser mit einem Durchmesser von 2,0 mm fräst innerhalb von 8 min aus einem Hartmetall-Werkstück ein Zerspanvolumen von 148 mm3.
Dass die Fräser nicht nur Bearbeitungszeit einsparen, sondern auch feine Oberflächenstrukturen liefern, zeigt sich im Vergleich mit den herkömmlichen Bearbeitungsmöglichkeiten von Hartmetall: Die 3000-fache Vergrößerung verdeutlicht, dass bei der Bearbeitung mit einem CBN-Fräser eine unruhige Oberfläche entsteht. Sie hat ihren Ursprung in der Kombination aus Schleifen und Fräsen. Die so entstandenen Verunreinigungen auf der Oberfläche durch Kobaltverschmierungen bieten dann ungünstige Voraussetzungen für die weitere Bearbeitung, beispielsweise beim Beschichten.
Die neuen Fräser dagegen sorgen für eine ruhige Oberfläche mit sauberen Fräsbahnen. Zudem liegt die Standzeit der neuen Fräser deutlich über der von CBN-Werkzeugen. „Diese Ergebnisse verwundern kaum, wenn man sich den Härtevergleich ansieht: Mit 3000 bis 3500 HV liegt CBN nur knapp über der Härte vieler Hartmetalle. Bei den Marlin-Fräsern wurden hingegen 8000 bis 10 000 HV ermittelt“, ergänzt Arndt Fielen, Vertriebsleiter bei Zecha.
Auch im Vergleich zwischen Erodieren und Zerspanen haben die neuen Werkzeuge die Nase vorn, wie die REM-Aufnahme eines Querschliffs mit 1000-facher Vergrößerung zeigt: Beim Erodieren entsteht eine weiße Randschicht mit geringfügiger Beschädigung, die durch Polieren entfernt werden muss, da sie nach dem Wärmeeintrag eine andere Härte als das Grundmaterial aufweist. Beim Fräsen mit den neuen Werkzeugen gibt es keine Verletzung der oberen Schicht durch die Prozesswärme, sondern es entstehen saubere Frässpuren. Das ermöglicht eine sehr hohe Konturgenauigkeit.
Neue Hartmetallsorte für bessere Zerspanbarkeit
Um die Wirtschaftlichkeit beim Fräsen von Hartmetall weiter zu erhöhen, entwickelt Ceratizit stetig neue Hartmetallsorten. Frank Haßmann: „Schon unsere im Werkzeugbau am häufigsten eingesetzten korrosionsbeständigen Hartmetallsorten (CF-20HP, CF-H40S, CF-H25S und CF-S18Z) und auch unsere speziell für Präge-, und Biegeanwendungen eingesetzten Sorten H50S/CTF30 und H60S/CTF40 können wirtschaftlich hartgefräst werden. Die sich derzeit in Entwicklung befindliche Sorte E515, speziell für Biege- und Prägeanwendungen, geht hier noch einen Schritt weiter.“
Auf Basis jahrelanger Erfahrungen wurde mit E515 der optimale Kompromiss zwischen der für den Werkzeugbau wichtigen Korrosionsbeständigkeit und guter Zerspanbarkeit gefunden.
Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH www.zecha.de
Ceratizit Deutschland GmbH www.ceratizit.com
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