Fachbericht

Elementdoping für Exoten

Wertvolle Einblicke in die Werkzeugtechnik von morgen gab es auf der Fachtagung "Präzisionswerkzeuge für die spanende Fertigung". Die Teilnehmer- und Referentenliste der Tagung las sich wie das Who-is-Who der Anwender und Entwickler. Innovative Lösungen zur Steigerung der Produktivität präsentierte unter anderem Dr. Uwe Schleinkofer von Ceratizit. In seinem Vortrag stellte der Forschungsleiter Werkzeugsysteme, Schneidstoffsorten und neuartige Beschichtungssysteme vor. Damit wird die effiziente Herstellung von Bauteilen aus exotischen und schwer zerspanbaren Werkstoffen für die Branchen Automotive, Maschinenbau und Energie ermöglicht.
Das HFC-Werkzeug Maxi Mill 211-20 entwickelte Ceratizit gemeinsam mit einem weltweit führenden Unternehmen der Luft- und Raumfahrt und an die enormen Anforderungen in der Titanzerspanung angepasst.

Immer genauer, schneller und effizienter. Das sind die Forderungen der industriellen Fertigung auf internationalem Niveau. Um das zu gewährleisten, müssen die Präzisionswerkzeuge kontinuierlich weiter entwickelt werden: Schneidstoffe und Beschichtungen werden leistungsfähigerer, Werkzeugsysteme und Geometrien verbessert. Gleichzeitig muss sich das Werkzeug stärker in das Gesamtsystem einfügen und sich dabei anwendungsspezifisch mit den Komponenten Maschine, Spannmittel, Bearbeitungsstrategie, Software und Betriebsmittel verbinden. Hinter all dem stehen wirtschaftliche Erwägungen, die zunehmend auch die Gesamtkosten rund um das Werkzeug einbeziehen.

Innovative Lösungsansätze zur Steigerung der Produktivität

Auf der Fachtagung "Präzisionswerkzeuge für die spanende Fertigung" trafen sich Anwender und Entwickler zum fachlichen Informationsaustausch. Vorträge aus Industrie und Forschung gaben einen guten Überblick über Trends und die aktuellen Entwicklungen der Werkzeugtechnik mit geometrisch bestimmter Schneide. Zusätzlich berichteten Anwender wie Audi oder Voith Turbo über ihre Erfahrungen beim Werkzeugeinsatz, für die Werkzeughersteller ein wichtiges Feedback. Themenschwerpunkte der Fachtagung waren: Entwicklungen und Trends bei Schneidstoffen, Geometrien und Beschichtungen, Werkzeuge für innovative Fertigungsverfahren und branchengetriebene Werkzeuglösungen sowie Werkzeuge als Teil eines Gesamtsystems.

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Effiziente Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen

In seinem Vortrag "Effiziente Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen" beschrieb Forschungschef Dr. Schleinkofer die Anforderungen bei der Bearbeitung "exotischer Werkstoffe". "Noch vor kurzem waren Werkstoffe wie Titan, Superlegierungen und rostfreie Stähle exotisch", eröffnete Schleinkofer seine Präsentation. "Doch mittlerweile ist der Umgang mit ihnen für eine zunehmende Anzahl an Produzenten tägliche Herausforderung. Dennoch sind diese Werkstoffe weithin extrem teuer, gewinnen aber durch ihre positiven Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit bei geringem spezifischen Gewicht rasant an Bedeutung."

Extreme Eigenschaften der exotischen Werkstoffe

Unabhängig von der Branche ist die Entwicklung der Leistungsfähigkeit im Kraftwerkbau, der Wehrtechnik, der Luft- und Raumfahrt und bis hin zur Medizintechnik direkt von der Entwicklung dieser Werkstoffe abhängig. Auch der Trend zum Energiesparen führt vermehrt zum Einsatz von Hochleistungsmaterialien zur Steigerung der Effizienz bei Turbinen durch die höhere Betriebstemperatur sowie zur Verringerung des Verbrauches im Motorenbau durch geringeres Gewicht. Wegen der extremen Eigenschaften von exotischen Werkstoffen hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit und Kaltverfestigung ist meist nur eine langsame Bearbeitung möglich, also mit niedrigen bis moderaten Schnittparametern. Hierbei muss die Prozesssicherheit der Zerspanung gewährleistet sein, da es sich vor allem in der Luftfahrtindustrie nicht selten um sehr große Werkstücke handelt, deren Bearbeitung mehrere Tage in Anspruch nehmen kann und das Werkstückmaterial sehr hohe Kosten bereits im Rohlingsstadium verursacht.

Echte Problemlöser für die spanende Fertigung

"Somit müssen sich moderne und innovative Werkzeugsysteme neben der hohen Zerspanungsleistung auch durch reproduzierbare und kalkulierbare Standzeiten von den derzeit auf dem Markt erhältlichen Standardwerkzeugen abheben", erklärte Forschungsleiter Schleinkofer weiter. Er stellte Werkzeugsysteme, Schneidstoffsorten und neuartige Beschichtungssysteme vor, die diesem Sachverhalt Rechnung tragen und echte Problemlöser für die spanende Fertigung sind. Schwerpunkt seines Vortrags war das Fräsen von Titanlegierungen und hochlegierte Stähle sowie das Drehen von Super- und Titanlegierungen. Er erläuterte die Probleme im Bearbeitungsprozess, die durch die sehr hohen Temperaturen und chemischen Reaktionen mit dem umgebenden Luftsauerstoff entstehen. Beim Drehen von Titanlegierungen besteht beispielsweise die Gefahr, dass Werkstück und Werkzeug verschweißen, Material samt Schicht abreißt und das Substrat freilegt. Das alles führt zu einer drastischen Verkürzung der Lebensdauer des Werkzeugs.

Spezifisches Elementdoping

Anhand dieser Analyse leitete Schleinkofer die Anforderungen an das Werkzeug ab. Dazu zählen hohe chemische Stabilität, Verschleißfestigkeit und hinreichende Zähigkeit, ausgeprägte Warmhärte und guter Widerstand gegen Warmverformung sowie geringe Reibung und geringe Wärmeleitung ins Substrat. All diesen Anforderungen wird Ceratizit durch die Weiterentwicklung der Beschichtungen gerecht - hinzu kommt ein "spezifisches Elementdoping", wie Uwe Schleinkofer es nannte. Mit derart harten Beschichtungen können auch besonders anspruchsvolle Materialien wie Titan- oder Superlegierungen problemlos und ökonomisch bearbeitet werden. Die neue CVD-TiB2-Beschichtung ist nach der Diamantbeschichtung die zweithärteste Beschichtung auf dem Markt. Auch für die besonders wirtschaftliche Werkzeuglösung HFC wurden Wendeschneidplatten mit dieser Hochleistungsbeschichtung vorgesehen. Das extrem stabile Werkzeug liefert geringe Schnittkräfte, auch bei höchsten Vorschüben. HFC eignet sich sowohl für Plan- ebenso wie für Tauchfräsen. Ein weiterer Vorteil ist die gute Spankontrolle und Spanausbringung, was gerade beim Tauchfräsen wichtig ist.

Standzeiterhöhung der Wendeschneidplatten

Abschließend stellte Dr. Uwe Schleinkofer neuartige Werkzeuglösungen für die Branchen Automotive, Maschinenbau und Energie vor, die die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Bearbeitungsprozesses deutlich steigern und dadurch die effiziente Herstellung von Bauteilen aus exotischen Werkstoffen erst möglich machen. Besonders deutlich wird dies am Beispiel der Hartmetall-Pratze C-Clamp. Die Werkzeuglösung ist durch ihre kompakte Bauweise viel stabiler als herkömmliche Spannpratzen, was eine Standzeiterhöhung der Wendeschneidplatten von zehn bis fünfzig Prozent ermöglicht. Weiterhin ist durch die Ausgestaltung dieser Pratze aus sehr verschleißfestem Hartmetall im Vergleich zu konventionellem Feingussstahl die Lebensdauer im hochabrasiven Einsatz um mehrere Größenordnungen erhöht. C-Clamp ist extrem robust, verschleißbeständig und erträgt hohe Temperaturen sowie Schnittgeschwindigkeiten bis zu 1.200 m/min.

Dr. Schleinkofers Resümee

"Durch die Weiterentwicklung der Werkzeugsysteme, Geometrien und Beschichtungen können auch besonders anspruchsvolle Materialien wie Titan oder Superlegierungen problemlos und wirtschaftlich bearbeitet werden", resümiert Schleinkofer. Ceratizit leistet seinen Beitrag durch Hochleistungswerkzeuge, die hohe Produktivität und Wirtschaftlichkeit garantieren." lg

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