Neue Werkstoffe und komplexe Mini-Bauteile sorgen dafür, dass auch bei den Tools nichts bleibt, wie es einmal war: Durchgestylte Geometrien, Designer-Beschichtungen und -Sorten machen das schnelle Spanen mancher Werkstücke überhaupt erst möglich.
Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten, die vor wenigen Jahren noch als bestenfalls labortauglich galten, sind mittlerweile Praxis. So werden 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 – bei bis zu 8000 m/min zerspant. Bei Guss reichen die Werte immerhin bis 3000 m/min und bei Stahl bis 2000 m/min. Zähe und schmierige Stoffe werden zerspant mit Schnittgeschwindigkeiten bis zu 400 m/min.
Möglich gemacht hat dies die rasante Entwicklung der Schneidstoffe und in Folge auch die 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 für solche speziellen Aufgabe entwickelt worden sind, lässt sich das machen.
Schneidstoffe aus Ultra-Feinstkorn bieten sich auch in der Mikro-Systemtechnik an. Ähnliches gilt für polykristallinen Diamant (PKD). Dessen Vielfalt nimmt ebenfalls zu. Beschichtete Keramiken spanen Stahl mit Rockwell-Härten (HRC) zwischen 50 und 67 im unterbrochenen Schnitt und decken das Gros der mit CBN gelösten Bearbeitungaufgaben ab. Faser- und partikelverstärkte Whisker-Keramiken sind in der Zerspanung hochtemperaturfester Werkstoffe fest etabliert.
Schnapsglasmengen statt Kühlschmierung unter Flut
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 und von der Gestaltung der Werkzeuge. Typisch ist die Trockenbearbeitung von Guss und Stahlwerkstoffen mit kurzbrechendem Span. Hochlegierte Stähle und Aluminium werden zerspant, indem man Minimalmengen an 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 eher zum Drehen, Fräsen und Bohren.
Einige 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 immer öfter 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 Dünnschicht-Sensoren messen den Verschleiß der Freiflächen ohne jeden Umweg. Dadurch wird das Einlernen von Grenzwerten in der Regel überflüssig. fi
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