WarumHartmetall-SpiralbohrerDas Messer bricht beim Bearbeiten von Stahlteilen?! Hier ist der Grund dafür!

Werkzeugmaterial

Die Qualität eines Werkzeugs hängt von seinem Material (Substrat), seiner Geometrie und seiner Beschichtung ab. Selbst die beste Konstruktion und Beschichtung sind wirkungslos, wenn das Basismaterial nicht optimal gewählt ist. Der wichtigste Indikator für die Substratqualität ist die Korngröße. Generell gilt: Je kleiner die Korngröße, desto besser eignet sich ein Werkzeug für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Für diese Bearbeitungsschritte wird eine Korngröße von 0,5 μm oder weniger empfohlen.

Selbst bei gleicher Korngröße beeinflussen weitere Faktoren die Werkzeugqualität, insbesondere Härte und Biegefestigkeit. Bei einem gegebenen Substrat hängen Härte und Biegefestigkeit vom Kobaltgehalt ab. Um die Zähigkeit von Hartmetall zu verbessern, wurde früher üblicherweise der CO-Gehalt erhöht, was jedoch die Härte verringerte. Heute lässt sich dies durch Kornfeinung kompensieren, wodurch die Biegefestigkeit von Hartmetall verbessert wird. Sie erreicht und übertrifft sogar die Biegefestigkeit von normalem HSS-Stahl, weshalb ultrafeinkörniges Hartmetall bevorzugt wird. P-Hartmetall wird zunehmend für die Stahlbearbeitung eingesetzt, während K-Hartmetall nur für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen wie Gusseisen und Aluminium geeignet ist. Ein weiterer Vorteil von feinkörnigem Hartmetall ist die hohe Schneidkantenschärfe, die es besonders für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von zähen und klebrigen Werkstoffen geeignet macht.

Die Entwicklung von Hartmetall-Spiralbohrmaterialien konzentriert sich hauptsächlich auf die Entwicklung von feinkörnigem (1-0,5) und ultrafeinkörnigem (< 0.5) cemented carbide materials and integral cemented carbide tools, which greatly improves the bending strength of cemented carbide. It can replace high-speed steel to manufacture universal tools with a large range of small size bits, end mills and taps, and its cutting speed and tool life are far beyond that of high-speed steel.

Jedes Werkzeug, das in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingesetzt wird, weist drei wichtige Eigenschaften auf: Genauigkeit, Steifigkeit und Standzeit. Beim Hochgeschwindigkeitsschneiden sind die Anforderungen an das Werkzeug und seine Fähigkeit, radialen und axialen Kräften standzuhalten, von entscheidender Bedeutung.

Werkzeugbeschichtung

Im Vergleich zum Transmissionsmodus erzeugt das Hochgeschwindigkeitsschneiden weniger Wärme, die Schnitttemperatur ist jedoch konstanter. Daher ist eine fortschrittlichere PVD-Beschichtung zum Schutz des Schneidwerkzeugs erforderlich. In den meisten Bearbeitungsanwendungen genügen Standardbeschichtungen wie Zinn, TiCN und einlagiges TiAlN den Anforderungen. Im Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsmodus müssen Beschichtung und Werkzeug jedoch höhere Anforderungen erfüllen, um eine zufriedenstellende Werkzeugstandzeit zu erreichen. Ähnlich wie beim Hartmetallsubstrat sind die verschiedenen Beschichtungen von Schneidwerkzeugen oft mit bloßem Auge identisch, unterscheiden sich aber unter dem Mikroskop deutlich. Allein bei TiAlN gibt es zahlreiche Varianten. Ähnlich wie beim Grundmaterial von Hartmetall-Spiralbohrern wird der Unterschied zwischen den Beschichtungen auch durch das Herstellungsverfahren bestimmt. Tatsächlich wird dem Verfahren immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Einige professionelle Beschichtungshersteller haben sogar Patente für ihre Verfahren angemeldet, um Nachahmungen durch Wettbewerber zu verhindern. Experimente haben gezeigt, dass Mehrschichtbeschichtungen bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung die besten Ergebnisse liefern. Jede Schicht der Mehrschichtbeschichtung ist mit weiteren patentierten Komponenten integriert, um zu verhindern, dass sich Absplitterungen in der Beschichtung lösen, die gesamte Beschichtung durchdringen und in die Substratoberfläche eindringen. Stattdessen werden sie in die benachbarte Schicht abgelenkt. Dadurch wird die Werkzeugstandzeit der Mehrschichtbeschichtung im Vergleich zur herkömmlichen einlagigen PVD-Beschichtung deutlich verbessert.

Hochwertige Schneidwerkzeuge verfügen über ein robusteres Grundmaterial, eine speziell entwickelte Geometrie und eine effektivere Schutzbeschichtung. Dies verbessert ihre Lebensdauer und Oberflächengüte. Höhere Qualitätsstandards erhöhen zwar die Anfangsinvestitionen der Endkunden, reduzieren aber im Gegenzug die Bearbeitungszeiten erheblich. Kurze Produktionszyklen gewährleisten eine gleichbleibende Produktqualität. Der Bediener kann die Werkzeugmaschine autonom arbeiten lassen.

Daher ist es nicht ratsam, bei Schneidwerkzeugen zu sparen. Der Fokus sollte vielmehr auf den langfristigen Einsparungen in der Produktion liegen, stattdessen konzentriert man sich oft auf die anfänglichen Kosteneinsparungen (Werkzeugkosten). Wenn sich die Produktionskosten durch höhere Investitionen in Schneidwerkzeuge minimieren lassen, können Unternehmen durch gesteigerte Produktivität letztendlich höhere Gewinne erzielen.