Werkzeuge für die Mikrozerspanung

Andrea Gillhuber,

Kleinformatige Hochleistungswerkzeuge

Kleinformatige Werkzeuge für besonders anspruchsvolle Aufgabenstellungen sind ein Nischenmarkt. Hier stehen umfassendes Know-how sowie die Bereitschaft zu intensiver Beschäftigung mit den besonderen Anforderungen des jeweiligen Produktionsprozesses eher im Vordergrund als Massenproduktion mit dem Verkauf entsprechender Stückzahlen. Ein Gespräch mit leitenden Mitarbeitern eines Werkzeugherstellers aus dem Schweizer Jura.

Sehr schlanker Fräser für das hochgenaue Ausfräsen von Torx-Einsenkungen in Knochenschrauben aus Titan oder Edelstahl-Legierungen © Klaus Vollrath

Arnaud Maître, Direktor der Louis Bélet S.A. in Vendlincourt (Schweiz): „Wir sind hier im Herzland der Schweizer Präzisionsmaschinen- und Uhrenherstellung und entwickeln schon seit 1948 Werkzeuge für diese sehr anspruchsvolle Kundschaft.“ Für diese Anwender müsse man sich mit oft außergewöhnlichen Aufgabenstellungen beschäftigen, die viel Aufwand und Tüftelei erfordern. Für Massenhersteller, die sich am Großmengenbedarf klassischer Industrien orientieren, sei das weniger interessant. Auf diesem Spezialgebiet habe man sich einen guten Ruf erworben und agiere als Entwicklungspartner von zahlreichen namhaften Unternehmen aus Bereichen wie Mechatronik, Uhrenherstellung, Maschinenbau, Medizintechnik oder Automobilherstellung. Zum Kerngebiet zählten beispielsweise Werkzeuge für Spezial-Innengewinde von Kieferimplantaten oder Mikro-Keramikfräser, die bis zu 30-mal länger benutzt werden können als konventionelle Vollhartmetall-Ausführungen. Als Ansprechpartner für Sonderaufgaben sei das Unternehmen heute Gesprächspartner für Anwender in ganz Europa und liefere seine Werkzeuge bis nach China.

Anzeige

Gewindewirbler für dreiachsigen Einsatz

Kleinformatige Keramikfräser können bei geeigneten Einsatzbedingungen bis zu 30-mal länger benutzt werden als konventionelle Vollhartmetall-Ausführungen. © Klaus Vollrath

„Das Wirbeln von Innengewinden wird dann angewandt, wenn besonders anspruchsvolle Gewindeformen, schwierige Werkstoffe oder Mikro-Innengewinde geschnitten werden müssen“, weiß Pierre Falbriard, Leiter Forschung und Entwicklung bei Louis Bélet. Wichtige Einsatzbereiche sind die Autoindustrie sowie Gewindebuchsen als Implantate für die Medizintechnik. Im Unterschied zum klassischen Gewindeschneiden mit Gewindebohrer wird hierbei ein Werkzeug verwendet, das einem T-Nut-Fräser ähnelt. Sein Durchmesser ist geringer als derjenige der Gewindebohrung, so dass es innerhalb dieser auch radial verfahren werden kann, um die Züge des Gewindes zu bearbeiten. So können auch sehr komplexe Gewindegeometrien und sogar konische Gewinde geschnitten werden. Zu den Nachteilen des Verfahrens habe bisher gehört, dass die aufwendigen Werkzeugbahnen einen Anstellwinkel des Fräsers erforderlich machten. Das begrenzte die Tiefe, bis zu der das Gewinde ins Material hineinreichen konnte, und erforderte fallweise den Einsatz einer Werkzeugmaschine mit mindestens fünf NC-Achsen.

Durch intensive Beschäftigung mit dem Prozessablauf gelang es, eine spezielle „kompensierte“ Geometrie des Fräsers zu entwickeln, für die keine Anstellung mehr erforderlich ist. Dies hat gleich zwei Vorteile. So ergeben sich größere Freiheitsgrade zur Herstellung anspruchsvoller Gewinde. Zudem genügt zur Bearbeitung eine dreiachsige Werkzeugmaschine, was Einsparungen bei den Investitions- und Betriebskosten ermöglicht. Zu den Interessenten für diese ursprünglich für die Kfz-Industrie entwickelten Lösung gehört auch die Medizintechnik-Branche.

Werkzeuge für Sondergewinde

Beim Innengewindewirbeln muss das Werkzeug geneigt geführt werden (Schwenkwinkel = Winkel des Gewindes). Die kompensierten Wirbler von Louis Bélet verfahren dagegen parallel zur Bohrungsachse und können somit tiefer ins Werkstück eintauchen. © Louis Bélet

„In bestimmten Einsatzbereichen kommen ISO-Gewinde gar nicht erst zum Einsatz. Es gibt darüber hinaus zahlreiche weitere Normen, Konizitäten sowie mehrzügige Gewinde“, ergänzt Arnaud Maître. Dies betrifft nicht nur die Medizintechnik, sondern auch die Uhrenindustrie und gewisse Einsatzbereiche der Automobilindustrie. Für die Herstellung der entsprechenden Sonderwerkzeuge bedeutet dies, dass geeignete Werkzeugformen, Bearbeitungsstrategien und Einsatzparameter gefunden werden müssen. Ein Beispiel hierfür sind schräg angesetzte mehrzügige Gewindebuchsen mit konischem Ansatz für Knochenimplantate, was dem Chirurgen ein problemloses Zentrieren beim Einsetzen der Schraube ermöglicht. Für solche Fälle müssen Werkzeug, Bearbeitungsstrategie sowie empfohlene Einsatzparameter als Komplettpaket gemeinsam entwickelt werden. Der Kunde wird bei solchen Projekten durch Fachleute betreut, die erforderlichenfalls auch vor Ort aktiv werden. Erprobungen werden in Vendlincourt mithilfe eigener Testanlagen durchgeführt. Der Kunde erhalte somit ein bereits erprobtes Werkzeug, das sofort eingesetzt werden kann. Ergänzt wird dies durch Support vor Ort, falls irgendein Problem auftauchen sollte.

Zahlreiche Werkstoffe, Beschichtungen und Geometrievarianten

Wirbeln eines fünfzügigen konischen Gewindes. © Louis Bélet

„Da unsere Kunden häufig bearbeitungsschwierige Materialien wie Edelstahl, Titan oder bleifreie Messinglegierungen einsetzen, verfügen wir auch im Bereich der Werkstoffe für Fräser über sehr viel Know-how“, verrät Falbriard. Die Optimierung für einen bestimmten Einsatzzweck fängt bereits bei der Wahl der geeignetsten Hartmetallvariante sowie der entsprechenden Beschichtung an, alternativ werden auch Werkzeuge aus PKD-Diamant oder Bornitrid hergestellt.

Die Qualitätskontrolle erfolgt durch computergestützte optische Messsysteme. © Klaus Vollrath

Zu den Spezialitäten von Louis Bélet gehört die Herstellung von Form- und Stufenwerkzeugen auf eigens hierfür vorgesehenen Maschinen. Hinzu kommen dann noch speziell angepasste Schneidengeometrien, um beispielsweise die Bildung langer Späne zu unterbinden, sowie gegebenenfalls progressiv verlaufende Spannuten für den optimalen Abtransport der Späne. Das Ergebnis sind oft Lebensdauern, die um ein Mehrfaches über denen liegen, die mit konventionellen Werkzeugen erreicht werden können. Besonders bemerkenswert seien die Ergebnisse bei Keramikwerkzeugen, wo die Haltbarkeit bei der Zerspanung von NE-Metallen teilweise 30-fach besser ist, und das bei gleichbleibend hoher Bearbeitungsqualität der Werkstücke.

Die Konstruktion der Werkzeuge erfolgt mit leistungsfähiger CAD/CAM-Software. © Klaus Vollrath

„Ein weiteres Beispiel für unsere Innovationsfähigkeit sind schlanke Mikrofräser mit belastungsoptimierter Geometrie für Torx-Einsenkungen bei Knochenschrauben“, erläutert Maître. Das Torx-Profil im Kopf muss sehr präzise und zudem tief eingeschnitten sein. Hierfür benötigt man aufgrund der geometrischen Vorgaben durch das Torx-Profil Fräser mit sehr kleinem Durchmesser bei zugleich hoher Länge der seitlichen Schneiden, um ein möglichst tiefes Eintauchen ins Material zu ermöglichen. Zudem handelt es sich bei Knochenschrauben um bearbeitungsschwierige Werkstoffe wie Titan, rostfreien Edelstahl oder Chrom-Kobalt, weshalb für die verschiedenen Werkstoffe jeweils angepasste Schneidengeometrien entwickelt werden mussten. Außerdem müssen die Fräser hohe Kräfte aushalten, um Geometrieabweichungen durch seitliche Abdrängung zu minimieren. Aus diesem Grund sowie um Vibrationen zu vermeiden, muss der Schaft des Fräsers möglichst steif ausgelegt sein. Deshalb wurde für diese Fräserkategorie eine spezielle Schaftgeometrie entwickelt, die höchstmögliche Steifigkeit auch bei tiefem Eintauchen ins Werkstück gewährleistet. Möglich sind Schneidkantenlängen von bis zu 5 × Ø. Bei einem Fräser mit 0,2 mm Durchmesser sind die seitlichen Schneiden demnach 1 mm lang. Durch Einsatz dieser Fräser kann bei der Fertigung der Schrauben der abschließende Einsatz eines Schneidstempels entfallen.

Standardwerkzeuge für schwierige Werkstoffe

Fertigungsanlage mit robotergestütztem Werkstückhandling. © Klaus Vollrath

„Für Standardanwendungen bei bearbeitungsschwierigen Materialien haben wir jeweils exakt auf den Werkstoff hin optimierte Werkzeuglinien entwickelt“, enthüllt Pierre Falbriard. Diese „Expert“-Werkzeuge sind in Standard- Größenabstufungen und verschiedensten Ausführungen wie Bohrer, Fräser, Gewindebohrer, Säge oder Gravierstichel erhältlich. Je nach Ausführung und Einsatzzweck sind auch Varianten bezüglich Werkstoff (Hartmetall oder PKD) oder Beschichtung möglich, ebenso sind auf Anfrage auch Formfräser lieferbar. Verfügbar sind Expert-Werkzeuge für Edelstahl, Messing, Titan, Aluminium sowie Verbundwerkstoffe. Bei den einzelnen Werkstoffen sind zudem spezifische Ausführungen für Unterkategorien vorgesehen. So wird beispielsweise bei Faser-Verbundwerkstoffen nach Kohle- oder Glasfasern, Thermoplast- beziehungsweise Duroplastmatrix sowie Wabenstruktur unterschieden. Wichtiger Vorteil für den Anwender ist die Verfügbarkeit: Im Interesse einer hohen Lieferfähigkeit hält man in Vendlincourt ständig rund 650.000 Werkzeuge in mehr als 7.000 verschiedenen Ausführungen auf Lager.

Klaus Vollrath, freier Journalist / ag

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

Oerlikon Balzers

Neu entwickelte BALIQ-Schichten

Mit drei Neuvorstellungen zur AMB  in Stuttgart ergänzt Oerlikon Balzers seine innovative Schichtgeneration BALIQ um neue Lösungen, die signifikante Vorteile beim Schlichten, in der Mikrozerspanung gehärteter Stähle (bis HRC 70) und bei...

mehr...
Anzeige

GF Machining Solutions: Mikron MILL P 800 U

Die Mikron MILL P 800 U ist eine robuste und präzise 5-Achs-Fräslösung für Hochleistungsbearbeitungen, die dank ihrer starken und dynamischen Zerspanungsleistung und hohen Stabilität neue Maßstäbe in Sachen Präzision und Oberflächengüte setzt.

mehr...

Mikrofräser

Mit freigestelltem Hals

für besonders schwer zugängliche Stellen sind die Microfräser als auch die Micro-Radiusfräser von Kempf optional erhältlich. Nahezu unsichtbar und oft nicht bemerkt übernehmen Mikrosysteme in zahlreichen Geräten und Anwendungen zentrale Aufgaben.

mehr...
Anzeige

Schleifmaschine

Für schwierig zu schleifende Werkstoffe

Bei der UPZ NCII von Okamoto handelt es sich um eine hochpräzise Schleifmaschine für Hightech-Werkstoffe wie etwa hochwarmfeste Stähle und Nickelbasislegierungen. Die Maschine schleift mit Diamantschleifscheiben in kontinuierlichem Quervorschub.

mehr...