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Hartbearbeiten wird deutlich rentabler

Neue Mischkeramiken verlängern Standzeiten um 45 %
Hartbearbeiten wird deutlich rentabler

Bei dem Mischkeramik-Schneidstoff mit Gefügekorngröße a=0,4 µm treten deutlich niedrigere Verschleißmarkenbreiten auf. Um Verbesserungen wie diese zu erzielen, müssen Schneidstoff- und Bearbeitungsentwicklung für die neuen Werkzeuge Hand in Hand gehen
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Enorm verbesserte Standzeiten beim Hartdrehen erzielt das IFW der Universität Hannover mit neuartigen Feinstkorn-Mischkeramik-Schneidstoffen. Ihre Herstellung setzt den Einsatz von Schleifverfahren mit In-Prozeß-Schärfen voraus.

Dipl.-Ing. Thomas Friemuth leitet die Abteilung Fertigung und Stoffeigenschaften am Institut für Fertigungstechnik und Spanende Werkzeugmaschinen der Universität Hannover

Das Zerspanen von gehärteten Werkstoffen belastet die Schneidkante des Werkzeugs mechanisch und thermisch in extremem Maß. Gefordert sind neben hoher Härte und Verschleißfestigkeit vor allem eine große Festigkeit im Bereich der Schneidkanten. Da die bisher eingeführten Schneidstoffe diese Anforderungen nur unzureichend erfüllen, hat das Institut für Fertigungstechnik und Spanende Werkzeugmaschinen (IFW) der Universität Hannover in enger Zusammenarbeit mit der Ceramtec AG, Plochingen, neue Mischkeramik-Schneidstoffe entwickelt. Sie weisen im Ergebnis eine um 40 bis 45 % größere Standlänge auf als die herkömmlichen Mischkeramiken.
Unterstützt wurde das Vorhaben aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF) im Programm Matech.
Das Ziel des Projektes war es, die Gefügekorngröße im Schneidstoff zu verringern, um Härte, Zähigkeit und Festigkeit zu steigern. Dies verbessert auch die Kantenfestigkeit, die für ein prozeßsicheres Zerspanen von gehärteten Bauteilen besonders wichtig ist. Die feineren Rohstoffe und die bessere Gefügekontrolle beim Sintern verringern außerdem die Größe der bruchauslösenden Gefügedefekte, die die Festigkeit beeinträchtigen.
Hand in Hand mit den feinstkörnigen Schneidstoffen mußte das Schleifen dieser hochharten Werkzeuge mit Diamantscheiben weiterentwickelt werden. Die Diamantkorngröße ist für die Größe der Ausbrüche an den Schneidkanten verantwortlich. Feinkörnige Schleifscheiben sind daher unumgänglich, wenn hochgenaue Schneidkanten erzeugt werden sollen. Das Schleifen mit feinkörnigen Schleifscheiben führt jedoch aufgrund des Schleifbelagverschleisses zu hohen und stark ansteigenden Bearbeitungskräften.
Um eine gleichbleibende Qualität der geschliffenen Werkzeuge zu erreichen und Schädigungen der Schneidstoffrandzone zu vermeiden, müssen höhere Bearbeitungsnebenzeiten und eine eingeschränkte Wirtschaftlichkeit in Kauf genommen werden.
Abhilfe schaffen geeignete In-Prozeß-Schärfverfahren. Mit ihnen läßt sich der Einfluß der Verschleißmechanismen minimieren. Die Diamantschleifscheibe wird dabei geschärft, während sie die Wendeschneidplatte bearbeitet.
Diese Methode ermöglicht den Einsatz von feinkörnigen Schleifscheiben bei hoher Abtragsleistung und konstanten Prozeßbedingungen. Es entstehen Schneidkanten, die kaum Schädigungen aufweisen und ein prozeßsicheres Hartdrehen gewährleisten.
Werkzeuge gehen demnächst in industrielle Fertigung
Die Untersuchungen zeigen, daß verfeinerte Gefüge die Einsatzeigenschaften nachhaltig verbessern können. Doch auch die Diamantkorngröße bei der Schleifbearbeitung der Werkzeuge beeinflußt die Einsatzeigenschaften. Sie ist von großer Bedeutung für die Schneidkantengüte und die Randzoneneigenschaften.
Das Verbesserungspotential, das feinstkörnige Mischkeramik-Schneidstoffe mit angepaßter Schleifmethode besitzen, verdeutlicht der Vergleich mit herkömmlicher Mischkeramik bei konventioneller Bearbeitung (Bild). Der optimierte Schneidstoff verringert den Verschleißfortschritt und vergrößert die Standlänge um etwa 40 bis 45 %. Sämtliche Ergebnisse stehen vor der Realisierung in der industriellen Fertigung.
Daran wird deutlich, daß in der Werkzeugentwicklung große Potentiale auszuschöpfen sind, wenn Werkstofftechnik und Fertigungstechnik interdisziplinär zusammenarbeiten. Parallel zu den Materialien müssen die fertigungstechnischen Verfahren weiterentwickelt werden, um neue Werkstoffe anforderungsgerecht bearbeiten zu können.
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