Wo Werkstoffe weiterentwickelt und Bauteile immer kleiner werden, können die Tools nicht unverändert bleiben. Vor allem Schneidstoff-Hersteller spüren diesen kreativen Druck. Mit neuen Sorten, Geometrien und Beschichtungen machen sie das Spanen manchen Materials überhaupt erst möglich.
Ungebrochener Trend ist, dass die Materialien leichter und die Masse der Bauteile immer filigraner werden. So erfordert die Bearbeitung von Kunststoff oder Magnesium Schnittgeschwindigkeiten, die vor wenigen Jahren noch als abenteuerlich galten oder bestenfalls tauglich fürs Labor waren. Legierungen aus Aluminium und Magnesium oder Titan – Al mittlerweile mit Festigkeiten bis 500 N/mm², Mg zwischen 250 und 300 N/mm² sowie TiAl6V4 bis 800 N/mm² – werden bei bis zu 8000 m/min zerspant. Auf die Einheiten der Kfz-Technik gebracht, entspricht dies einem Tempo von 480 km/h. Bei Guss reichen die Werte immerhin bis zu 3000 m/min, bei Stahl bis 2000 m/ min. Schwierige, extrem zähe und schmierige Stoffe werden mit Schnittgeschwindigkeiten bis zu 400 m/min zerspant.
Möglich gemacht hat dies die rasante Entwicklung der Schneidstoffe und in Folge auch der Schneidengeometrien. Fein- und Feinstkorn-Hartmetalle werden immer härter und parallel dazu auf Zähigkeit entwickelt. Ultra-Feinstkorn erreicht Vikkershärte (HV30) 2000 bei 4300 N/mm² Biegefestigkeit. Sorten aus kubischem Bornitrid (CBN) lassen sich heute in der Korngröße variieren. So ist für das Präzisionsdrehen von gehärtetem Stahl eine völlig andere Zusammensetzung nötig als beim Vordrehen. Mit Schneidstoffen, die auf die spezielle Aufgabe hin entwickelt sind, ist dies machbar. Aber nicht nur Technologie-bezogen, sondern auch bei der sich immer mehr durchsetzenden Mikrosystemtechnik machen Schneidstoffe aus Ultra-Feinstkorn Sinn.
Vergleichbares gilt für polykristallinen Diamat (PKD). Auch hier nimmt die Vielfalt zu. Beschichtete Keramiken spanen Stahl mit Rockwell-Härten (HRC) zwischen 50 und 67 im unterbrochenen Schnitt und können damit das Gros der mit CBN gelösten Bearbeitungaufgaben abdecken. Faser- und partikelverstärkte Whisker-Keramiken sind in der Zerspanung hochtemperaturfester Werkstoffe fest etabliert.
Kühlschmierstoffe machen Liter um Liter der Schmierung mit Minimalmengen Platz oder fallen ersatzlos weg. Wie zufriedenstellend die Bearbeitung im Einzelnen ausfällt, hängt davon ab, wie der Prozess geführt wird. Auch die Gestaltung der Werkzeuge spielt eine Rolle. Typisch ist die Trockenbearbeitung von Guss und Stahlwerkstoffen mit kurzbrechendem Span. Hochlegierte Stähle und Aluminium werden zerspant, indem man minimale Kühlschmiermengen zuführt. Dabei spielen Geometrie, Beschichtung und Substrat der jeweiligen Schneide die entscheidende Rolle. Sie sollen die reibungs- und hitzemindernde Funktion des Kühlschmierstoffs ins Werkzeug verlegen. Beschichteter Schnellarbeitsstahl (HSS) wird vor allem in der Gewindefertigung eingesetzt, beschichtetes Hartmetall-Substrat bevorzugt zum Drehen, Fräsen und Bohren.
Ressourcen von Kobalt und Tantal sindnicht unerschöpflich
Manche dieser Hart- oder Weichstoffschichten sind mit Festschmierstoffen kombiniert. Aufgebaut im Verbund, sind sie immer besser in der Lage, das Werkzeug der speziellen Aufgabe anzupassen. Der Mehraufwand muss natürlich in Mark und Pfennig vorgelegt werden. In der Regel kompensiert er sich aber dadurch, dass man auf die Reinigung der Bauteile oder des Schmierstoffkreislaufs verzichten kann. Schichten wie MoS2, Me-C:H und WC/C werden immer häufiger neben und auf den traditionellen Hartstoffschichten als Grundlage eingesetzt. Wenig Sinn macht es dagegen, auf Trockenbearbeitung ausgelegte Werkzeuge zu schmieren. Ihre Leistung lässt dadurch nach. Die jüngste Entwicklung ist die Werkzeugbeschichtung mit CBN. Sie wird bereits von verschiedenen Herstellern angeboten. Andererseits werden ganze Legierungselemente ersetzt. Die Ressourcen von Kobalt und Tantal beispielsweise sind nicht unendlich, so dass sie zumindest bei der Massenherstellung von Wendeschneidplatten zunehmend substituiert werden.
Die Werkzeuge selbst haben immer häufiger Sensoren und Mechaniken, die die nötige Präzision sicherstellen sollen, mit einstellbaren Einsätzen arbeiten oder Aufnahmen mit justierbaren Wuchtringen haben. Unmittelbar in die Wendeplatte eingelassene Dünnschichtsensoren messen den Verschleiß der Freiflächen ohne jeden Umweg. Dadurch wird das Einlernen von Grenzwerten in der Regel überflüssig. fi
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