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Wirtschaftliche Alternative zum Erodieren

Experte für Sonderlösungen meistert Hartmetallfräsen für die Kunden
Wirtschaftliche Alternative zum Erodieren

Das Fräsen von Hartmetall erweitert die Gestaltungsmöglichkeiten, zum Beispiel im Werkzeug- und Formenbau, deutlich. Im Vergleich zum Schleifen und Erodieren bringt dieses Verfahren große Vorteile mit sich, aber auch Herausforderungen. Aus diesem Grund bietet die MPK Special Tools GmbH, Hersteller von Umformwerkzeugen aus Schwäbisch Gmünd, Hartmetallfräsen als Dienstleistung an. Das Unternehmen arbeitet dabei mit einer Fräsmaschine von Makino und Marlin-Fräsern von Zecha.

Aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit beispielsweise gegen Verschleiß werden Bauteile aus Hartmetall in zahlreichen Branchen und Segmenten eingesetzt: Messer für industrielles Schneiden, Zerspanwerkzeuge sowie Stanz- und Umformwerkzeuge sind nur einige Beispiele. „Verwendet wird es hauptsächlich in extremen Applikationen, die nach besonders verschleißfesten Werkzeugen oder Bauteilen verlangen“, erklärt Reiner Kirschner, Geschäftsführer von MPK Special Tools. Als Experte für die Herstellung von Umformwerkzeugen weiß man genau, worauf es bei der Bearbeitung von Hartmetall ankommt. Diese langjährige Erfahrung nutzt das Unternehmen nun, um für seine Kunden auch die Zerspanung von Hartmetall anzubieten.

Binderphase hat hohen Anteil
Dabei stellt die Fräsbearbeitung von Hartmetallen zwischen 900 und 2200 HV Maschine und Werkzeug vor große Herausforderungen: So wird die Zerspanbarkeit von Hartmetall stark durch den Aufbau und Anteil der Binderphase und der durchschnittlichen Größe der Wolfram-Körper bestimmt. Auch die Schneidenbelastung ist im Vergleich zu herkömmlichen Werkstoffen beim Fräsen von Hartmetall wesentlich höher. Dass diese Differenz mit zunehmendem Wirkdurchmesser steigt, bestätigten Versuche mit Kugelfräsern (Durchmesser 1 mm) bei einer Drehzahl von 30 000 min-1 und einem Vorschub von 300 mm/min für verschiedene axiale Zustellungen von ap = 2 µm bis ap = 100 µm. Bei einem Wirkdurchmesser von 0,6 mm betrug die Schneidenbelastung im Hartmetall CF-H40S (90,3 HRA) rund 70 Newton. Das ist eine mehr als dreifache Belastung gegenüber der Zerspanung von gehärtetem Stahl (59 HRC).
Um solchen Anforderungen bei der Fräsbearbeitung von Hartmetall gerecht zu werden, müssen sämtliche Faktoren optimal aufeinander abgestimmt sein: Expertise und Strategie des Anwenders, Maschinenauslegung, Spindelfestigkeit, Werkzeuggeometrie, Spanbildung, Schnittparameter, Kühlung und vieles mehr.
Kirschner: „Nicht zuletzt ist dabei auch hervorragendes Equipment ausschlaggebend. So haben wir, um unseren Kunden Zugang zu dieser innovativen Technologie zu eröffnen, unseren Maschinenpark um eine Makino iQ300 erweitert.“ Das CNC-Vertikalbearbeitungszentrum für Präzisionsteile mit vibrationsarmer Spindel ermöglicht sehr genaue Achsbewegungen mit kleinsten Steps für eine sehr gute Oberflächengüte im Hartmetall. Dank der hohen thermischen Stabilität widersteht die Maschine problemlos dem Wärmegang beim Bearbeiten von Hartmetall.
Zudem arbeitet MPK eng mit der Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH zusammen. Die Marlin-Fräser wurden eigens für die Zerspanung sämtlicher Hartmetallsorten entwickelt. Durch ihre ausgefeilte Geometrie, hohe Schneidkantenstabilität und abgestimmte Diamant-Beschichtung mit einer Härte bis zu 10 000 HV sind die Fräser auf die Bearbeitung von Hartmetall zugeschnitten. Sie bieten damit gegenüber CBN-Fräsern, die mit 3000 bis 3500 HV nur geringfügig über der Härte vieler Hartmetallsorten liegen, enorme Vorteile in punkto Standzeit.
Exzellente Oberflächen
„Sowohl beim Schruppen als auch beim Schlichten erzielen wir mit den Kugelfräsern (Serie 900) und den Torusfräsern (Serie 910) von Zecha exzellente Ergebnisse und erreichen feine Oberflächenstrukturen“, so Kirschner. Der Vergleich mit CBN-Fräsern zeigt es deutlich: 3000fache Vergrößerungen belegen, dass bei der Bearbeitung mit einem CBN-Fräser eine unruhige Oberfläche durch Kobaltverschmierungen entsteht, was weiterführende Prozesse erschwert. Mit den Marlin-Fräsern werden dagegen ruhige Oberflächen mit sauberen Fräsbahnen geschaffen.
Auch im Vergleich zum Erodieren hat MPK mit den Fräsern die Nase vorn: Aufgrund der aufwändigen Elektrodenherstellung und der langen Bearbeitungszeiten gehört Erodieren zu den kostspieligsten Verfahren. Zudem zeigen REM-Aufnahmen sowie Querschliffe, dass beim Erodieren eine weiße Randschicht mit geringfügiger Beschädigung entsteht, die im Nachbehandlungsverfahren wegpoliert werden muss.
„Solche Verletzungen gibt es mit uns nicht“, so Kirschner. „Je nach Werkzeugverschleiß, Zustellungen und Steps sind Oberflächen in Polierqualität – also einem Rauheitswert von durchschnittlich 0,03 Mikrometer – erzielbar. Mit 8-prozentiger Emulsion konnten die Ergebnisse gegenüber der reinen Trockenbearbeitung sogar noch gesteigert werden.“ Die gefertigten Hartmetallbauteile lassen sich aufgrund ihrer wesentlich besseren Oberflächengüte in nachfolgenden Prozessen auch mühelos weiterbearbeiten.
Doch nicht nur die ausgezeichnete Oberflächengüte sticht hervor, ein wesentlicher Vorteil der gefrästen Hartmetall-Aktivteile sind die deutlich höheren Standzeiten. Je nach Anwendung können zudem auch die Bearbeitungszeiten deutlich gesenkt werden. Beispiel: MPK Special Tools benötigte zum Fräsen eines speziellen Hartmetallbauteils für den Werkzeug- und Formenbau 50 Minuten. Beim Erodieren hätte der Anwender 390 Minuten Bearbeitungszeit für alle Arbeitsgänge einkalkulieren müssen. Das ist eine Zeitersparnis von mehr als fünf Stunden pro Bauteil.
MPK Special Tools GmbH www.mpk-specialtools.de
Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH www.zecha.de
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