Mit Diamantschneiden die Fertigung revolutioniert
  • Firma: Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH
  • Land: Deutschland
  • Artikel vom: 24 September 2014
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  • Artikel Nummer: 050-006-d
  • Kategorie(n): WERKZEUG ANWENDUNGEN
  • Mit Diamantschneiden die Fertigung revolutioniert

    Die Zusammenarbeit des universellen Herstellers von Bauteilen für besondere Ansprüche, Amalo in Belgien, mit dem deutschen Werkzeugspezialisten Horn, trägt entscheidend dazu bei, dass sich ein so junges Unternehmen mit einem herausragenden Angebot eine sichere Marktlücke erarbeiten konnte. Schneidstoffe aus CVD-Diamant und monokristalline Diamantschneiden sorgten für einen zusätzlichen Wettbewerbsvorteil.

    Amalo, ein erst 2010 gegründeter universeller Teilefertiger in Izegem, in der Nähe von Brügge, ist spezialisiert auf kleine Teile bis Durchmesser 65 mm. Aber keine „normalen“ Bauteile, sondern solche mit höchsten geometrischen Anforderungen, sehr engen Toleranzen und Oberflächenqualitäten bis zum Spiegelglanz – kurzum, Teile, die Andere in dieser Qualität nicht liefern können. Es sind kleinste Präzisionsteile für Webmaschinen, 11 mm lang, Durchmesser 1 mm mit Gewinde M1. Oder andere technische Hochpräzisionsteile für Textilmaschinen, komplexe Waschdüsen als Systembauteile für die Reinigungsindustrie und chemische Industrie, Designteile als Spiegelglanzteile für Verpackungen, sowie Kunststoffteile für besondere chemische und mechanische Belastungen, Automobil- und Ersatzteile.

    Eine breite Palette besonderer Werkstoffe

    Die bei Amalo verwendeten Werkstoffe sind vielfältig und erfordern zum großen Teil spezielle Erfahrungen und leistungsfähige aber flexible Werkzeuge. Bearbeitet werden Reinaluminium bis zu Aluminium mit hohem Siliziumgehalt, Werkzeugstahl jeder Güteklasse, rostfreier und seewasserfester Stahl, Messing, sowie hochfeste Kunststoffe wie PEEK, POM, Rylon (ein sehr teures Material für die chemische Industrie), Teflon, alle auch zum Teil mit Glas- oder Kohlefasern verstärkt.

    Zwei kleinere Problemfälle aus dem Fertigungsalltag: Ein Spulengehäuse aus Aluminium für ein Magnetventil mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Wandstärke von nur 0,4 mm war mit Hartmetallschneiden nicht zu bearbeiten. Der Schnittdruck auch der schärfsten HM-Schneiden verformte die dünne Wandung und lange Späne beschädigten die Oberfläche. Kees van Bers, der zuständige Anwendungstechniker von HORN empfahl den Einsatz des HORN Werkzeuges Supermini Typ 110 mit CVD-Diamantschneide. Die ultrascharfe, mit Laser präzisionsgeschnittene Schneidkante mit nur 2 µm Schneidkantenverrundung erzeugte minimalen Schnittdruck und dadurch eine perfekte Geometrie mit bester Oberflächenqualität. Das zweite Beispiel aus dem Fertigungsalltag ist ein Zylinderförmiges Teil von etwa 15 mm Durchmesser aus Aluminium, bei dem eine exakte Hochglanz-Oberflächengeometrie gefordert war. Bisher musste es mit manuellem Aufwand poliert werden. Daher schlug von Kees van Bers dem Geschäftsführer von Amalo, Chris Martin vor, doch eine mit einem monokristallinen Diamanten besetzte Schneidplatte von HORN zu versuchen. Die MKD-Schneidplatte erzeugte eine noch bessere Hochglanzoberfläche als Polieren, bei exakter Spiegelgeometrie.

    Lösung in drei Ansätzen

    Eine Fertigungsaufgabe, die nicht ganz so einfach zu lösen war, stellte die beiden Partner Chris Martin und Kees van Bers vor ein Problem, das mehr Aufwand, innovative Ideen und ein besonderes Werkzeug erforderte: Die Innenbearbeitung einer speziellen Düse aus Reinaluminium. Die Außenbearbeitung mit Standard-Werkzeugen von HORN war kein Problem. Aber im Inneren lief eine Bohrung mit Durchmesser 8 mm nach 24 mm Tiefe konisch auf einen Durchmesser von 3 mm zu. Gefordert war eine Toleranz von 8 µm mit einer Rautiefe von nur Ra 0,8. Mit einem Stufenbohrer wurde die Kontur vorgebohrt und mit einem beschichteten HM-Werkzeug vom HORN Typ 110 versucht auszudrehen. Problem: Keine Spankontrolle, lange Späne führten zu Wirrspänen und Späneknäuel, der entstandene Spänestau verursachte letztendlich Werkzeugbruch. Auch kurze Entspanungszyklen führten zu keiner entscheidenden Verbesserung. Weiterhin lange Späne, Oberflächenbeschädigung, vorzeitiger Schneidenverschleiß, keine Prozesssicherheit.

    Zweiter Ansatz: Wieder vorbohren mit Stufenbohrer. Dann aber Ausdrehen mit dem von Kees van Bers vorgeschlagenen Typ 110 mit CVD-Diamant-Schneide mit glatter Schneidenoberfläche. Ergebnis: Immer noch keine Spankontrolle. Da das Werkzeug mit höherem Vorschub gefahren werden musste, fielen noch mehr Späne in der Zeit an, was wiederum zu Späneknäuel führte, zu Beschädigung der Oberfläche und zur Ablenkung der Schneide. 0,8 µm Toleranz und Ra 0,8 wurden nicht prozesssicher erreicht.

    CVD-Diamant mit gelaserter Spanleitstufe

    Dritter Ansatz: Zusammen mit dem Innendienst in Tübingen, vor allem dem erfahrenen Ullrich Schneider, wurde eine spezielle CVD-Diamantschneide mit einer gelaserten Spanformgeometrie entwickelt. Ergebnis: Hervorragender Spanbruch, Späne in Millimetergröße, beste Oberflächenqualität bei exakter Maßeinhaltung durch kleinere Vorschübe – und endlich die erhoffte Prozesssicherheit. Das Werkzeug, das die Lösung brachte ist ein Drehstahl aus der HORN Reihe Supermini, Typ 110 mit 2,6 mm Durchmesser und 45 mm Länge, bestückt mit angelöteter CVD-Diamantschneide mit speziell gelaserter Spanleitstufe. Das Werkzeug besitzt eine extrem scharfe präzisionsgelaserte Schneide. CVD-Diamant ist zu 99,9 Prozent reiner Diamant ohne Binderanteil wie zum Beispiel bei PKD, mit homogenem Gefüge und einer Härte vergleichbar Naturdiamant oder MKD.

    Andere Werkstoffe, ähnliche Probleme, gleiche Lösung

    Bei Amalo wird, wie oben schon erwähnt, auch eine breite Palette hochfester technischer Kunststoffe bearbeitet. Diese für mechanisch oder chemisch hochbelasteten Einsatz vorgesehenen Bauteile wurden bisher mit ISO-Schneidplatten zerspant. Mit den Ergebnissen, die jeder kennt: lange Späne und schlechte Oberflächen durch drückende Schneidkanten oder schneller Schneidenverschleiß und noch schlechtere Oberflächenqualität bei faserverstärkten Werkstoffen. Lange Wirrspäne behinderten den Prozess und forderten dauerndes Eingreifen. Filigrane Geometrien waren kaum möglich. Mit den Erfahrungen aus der Bearbeitung von langspanendem Reinaluminium im Hinterkopf hatten Chris Martin und Kees van Bers die Idee, die bei diesem Werkstoff so erfolgreichen CVD-Diamantschneiden mit Spanleitstufe auch bei der Kunststoffbearbeitung einzusetzen. Mit durchschlagendem Erfolg!

    „Die Schneiden werden einfach nicht stumpf.“

    Die CVD-Diamantschneiden der nun eingesetzten Werkzeuge sorgten für guten Spanbruch und beste Spankontrolle bei ab nun hervorragenden Oberflächenqualitäten. Von nun an waren sogar prozesssichere Geisterschichten möglich, was die Wirtschaftlichkeit der Maschinen erheblich vergrößerte. Bei faserverstärkten Kunststoffen zeigte sich nur geringer Verschleiß und ermöglichte großen Standmengen. Bei nicht gefüllten Kunststoffen arbeiteten die CVD-Diamantschneiden nahezu verschleißfrei. Bei Kunststoffen wurden filigrane Geometrien mit hoher Präzision und ohne Grat möglich. Chris Martin: „Wenn ich ehrlich bin, muss ich meine CVD-D-Schneiden nur ersetzen wenn ich durch einen Handhabungsfehler die Schneiden beschädige. Im Übrigen, muss ich sagen, für meine breite Werkstoff- und Bauteilpalette gibt es keine universelleren Schneidwerkzeuge als die von HORN in Tübingen. Er ist mit Abstand, oder sagen wir es konkret, mit einem Anteil von 90 Prozent mein wichtigster Werkzeuglieferant. Weit über 100 unterschiedliche Werkzeuge von Horn sind bei mir im Einsatz. Aber es sind nicht nur die Werkzeuge selbst, es ist vor allem auch die kompetente Beratung von Kees van Beers, die mir immer wieder neue Lösungen für besonders knifflige Aufgabenstellungen eröffnet. Dieser Meinung war ich aber bereits bevor ich mit CVD-Diamant- und MKD-Schneiden meine Fertigung technisch wie wirtschaftlich um eine Ebene anhob und damit neuen und bestehenden Kunden neue und besondere Möglichkeiten bieten konnte.“ Darauf Kees van Bers von HORN: „Mich freut ganz besonders, dass ich Chris Martin mit unseren innovativen und universellen Werkzeugen immer wieder helfen kann neues Marktpotential zu erschließen. Aber ich sehe es auch mit einem weinenden Verkäuferauge – die von mir empfohlenen Schneiden halten einfach zu lange.“

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