Bearbeiten schwer zerspanbarer Werkstoffe

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

TORNOS S.A.

Mikron Switzerland AG, Division Tool

DIHAWAG

Einstechen an Prothesenteilen aus CoCr-Stählen

Den Nutzen einer hochwirksamen Spanformrille beweist die Wendeplatte Typ 229 in Kombination mit dem modularen Werkzeugträgersystem 220 bei der Bearbeitung von Prothesenteilen. Bei der Konzeption der Bearbeitungsstrategie konzentrierten sich die Horn-Spezialisten vor allem auf die Breite der Wendeschneidplatte und deren Auswirkungen auf die Schnitt- und Standzeiten. Als optimal im Verhältnis zu den Abmessungen der beiden Prothesenteile erwies sich eine Wendeschneidplatte mit 4 mm breiter Schneide, die von einem prismatischen, über seine ganze Länge konkav geformten Sitz in der Kassette gehalten wird. Die Anlagefläche von 22 mm gewährleistet vor allem beim Einstechen paralleler Nutflanken und beim Abstechen gerader Stirnflächen einen festen Sitz. Die zweite Hauptschneide liegt geschützt um 180° nach unten gedreht in der formschlüssigen Aufnahme des Plattensitzes.

Beschichtung mit Supernitrit TH36 und Kantenverrundung

Die Bearbeitung der Prothesenteile erfolgt auf einer Drehmaschine ab Stange. Nach mehreren Versuchen wurde bei einer Schnittgeschwindigkeit vc = 50 m/min und einem Vorschub f = 0,08 mm/U die geforderte Prozesssicherheit erreicht. Dank dieser Schnittdaten, der Beschichtung mit Supernitrit TH36 und einer Schneidkantenverrundung im CVD-Bereich wurden auch die Erwartungen an die Standzeit deutlich übertroffen: Sie erhöhte sich gegenüber der bisherigen Fertigung je nach Hauptzeitanteil um die Faktoren 2,5 bis 3.

Wirbeln von Schraubengewinden

Chirurgische Schrauben wie Kieferschrauben, Knochenschrauben usw. lassen sich durch Wirbeln auf Drehautomaten mit guten Standmengen wirtschaftlich herstellen. Wegen der feinen Spanabnahme ist dieses Verfahren auch bei kleinen Kerndurchmessern einsetzbar. Weitere Vorteile sind gratarme bis gratlose Gewinde mit höchster Oberflächengüte und Genauigkeit.Für die engen Platzverhältnisse in Langdrehautomaten entwickelte die Firma Horn die Gewindewirbelköpfe M 302, deren modulares Konzept das Anpassen an die jeweiligen Maschinenaufnahmen und die Schnittstellen in den Wirbeleinheiten wesentlich erleichtert. Je nach Durchmesser verfügen die Wirbelköpfe standardmässig über sechs dem Gewindeprofil entsprechende Schneiden. Aufgrund der kleinen Baugrösse kommen geschraubte Wendeschneidplatten für ein- oder zweigängige Gewinde mit einem Inkreis von 10 mm zum Einsatz. Die Grundaufnahme des Wirbelkopfes wird mit der Wirbeleinheit verschraubt - eine exakte Position gewährleisten Zentrierstifte - danach die Ringkassette mit den Schneiden eingesetzt und durch eine Überwurfmutter mit der Grundaufnahme verbunden. Da sich die Ringkassette sehr einfach von ihrer Halterung abziehen lässt, wird der Werkzeugwechsel wesentlich vereinfacht. Einen weiteren Beitrag zur Umrüstfreundlichkeit leistet der Schneidenwechsel ausserhalb der Maschine. Dadurch können verschiedene Ringkassetten, passend für die zu produzierenden Gewinde, fertig bestückt bereitgestellt werden. Das Einstellen des Schneidkreises und der Schneidplattenprofile zueinander erfordert bei diesen Baugrössen einen gewissen Aufwand. Deshalb setzen die anspruchsvollen Gewinde aus der Medizintechnik eine besonders hohe Präzision des Werkzeugs in Bezug auf den Rundlauf, die Lage der Plattensitze und der Profile der WSP voraus.

Flexibilitätsgewinn gegen längere Hauptzeit

Bei einem Hersteller chirurgischer Instrumente mussten die Greifer von Bandscheiben-Rongeuren, angepasst an die variantenbedingten kleinen Losgrössen, die hohe Qualität sowie den Termin- und Kostendruck, wirtschaftlicher gefräst werden. Ein Greifer verfügt über durchschnittlich 10 bis 15 Zähne, die mit einem Winkel von 60° gerade und ohne Drall bislang mit einem HSS-Fräser mit 20 Zähnen gefräst wurden. Der Vorteil des Profilfräsers, die kurzen Hauptzeiten, hatte aber auch einen Nachteil: Jede Zahnteilung erforderte den passenden Fräser. Mit dem Nut-Frässystem «313» von Horn wurde ein neuer Bearbeitungsweg beschritten, bei dem jeder Zahn einzeln gefräst wird. Dadurch erhöht sich zwar die Hauptzeit, aber dieser Nachteil wird mehrfach aufgehoben durch eine höhere Flexibilität, weil sich mit einem Fräser verschiedene Teilungen herstellen lassen. Da ausserdem mit dem System «313» gratfrei und mit deutlich höherer Profiltreue gefräst werden konnte, wurde der hohe Qualitätsanspruch erfüllt und durch den insgesamt stabileren und wirtschaftlicheren Prozess weitere Pluspunkte zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit gesammelt

Drehen von Kleinstteilen mit 0,1 mm Wandstärke

Die besondere Herausforderung bei der Bearbeitung von Werkstücken für die Optik chirurgischer Instrumente resultiert zum einen aus der Wandstärke von nur 0,1 mm und zum andern aus dem unterbrochenen Schnitt, verursacht durch ein Langloch und 16 kleine Bohrungen. Diese Schwierigkeiten sollte das zum Ausdrehen, Einstechen, Innengewindedrehen und Axialeinstechen kleinster Durchmesser - Ausdrehen ist beispielsweise ab 0,2 mm Durchmesser möglich - entwickelte Werkzeugsystem Supermini lösen.

Ausgeklügelte Fertigungsstrategie

Für die Werkstücke aus Werkstoff 1.4301, sie werden ab Stange fertig fallend auf einem Langdrehautomaten hergestellt, wurde folgende Strategie entwickelt: Vorbohren des Innendurchmessers mit 5,1 mm, Vordrehen mit einer Schneidplatte Supermini 105, Fräsen der 16 Bohrungen und des Langlochs, Drehen der Innendurchmesser 5,5 mm und 5,3 mm mit der zuvor eingesetzten Schneidplatte auf Endmass. Trotz des mehrfach unterbrochenen Schnittes bewies das Werkzeug bei einer Auskragung von 10 mm ab Klemmhalter seine Stabilität und Prozesssicherheit. Beim anschliessenden Vor- und Fertigdrehen der 45°-Fase und des Innendurchmessers von 5,7 mm - danach wird das Werkstück abgestochen - kommt ebenfalls eine Schneidplatte des Systems Supermini zum Einsatz. Sie ist für Bohrungen ab 4 mm Durchmesser ausgelegt und verfügt über einen Spitzenradius r = 0,2 mm. Beide Schneidplatten in der Standard-Hartmetallbeschichtung TH35 sind extrem temperaturbeständig und überzeugen durch einen sehr guten Reibungskoeffizienten - Eigenschaften, die bei der Bearbeitung von V2A entscheidend zur Produktivitätssteigerung des Langdrehautomaten beigetragen haben.

Neue Strategie verhindert Fertigungsverlagerung

Wie kann die Produktion von Hohlmeisselzangen und anderen medizinischen Geräten in Hochlohnländern gehalten werden? Diese Frage beschäftigte einen Hersteller von chirurgischen Instrumenten, der die Fertigung dieser Standardprodukte im Gegensatz zum Wettbewerb nicht in ein Billiglohnland verlagern wollte. Sein «Kontra» sollte wegen der variantenbedingten kleinen Stückzahlen aus einer weitgehend automatisierten und flexiblen Fertigung bestehen. Ein wichtiger Optimierungsschritt galt dabei dem Fräsen der Nuten in der Links- und Rechtsausführung von Maulteil und Branche. Die 3 mm breiten Nuten mussten mit einer Toleranz von 0,01 mm und einer Oberflächenqualität von Ra = 0,8 µm gefräst werden. Für diesen funktions- und kostenentscheidenden Arbeitsgang empfahlen die Horn-Spezialisten den Nut-Zirkularfräser M 332. In mehreren Versuchen wurden mit nur einem Hartmetallschaft verschiedene Schneidplatten mit drei und sechs Schneiden sowie erhöhter Frästiefe getestet. Eine hochgenaue und sichere Fixierung beim stirnseitigen Verschrauben mit dem Schaft gewährleistete dabei der patentierte, asymmetrische Plattensitz.

Früher 2-3 Monate - heute 15 Minuten

Schliesslich erfüllte ein sechsschneidiger Zirkularfräser Typ 636 bei einer Drehzahl von n = 1400 1/min und einem Vorschub vf = 200 m/min alle Vorgaben und erreichte gegenüber dem bislang eingesetzten HM-Fräser die doppelte Standzeit. Interessant auch der Rückblick auf die Produktionsanfänge der Hohlmeisselzangen. Mitte der 90er-Jahre wurde eine Zange in 36 einzelnen Arbeitsschritten - Fräsen, Bohren, Reiben, Senken, Entgraten - in 2 bis 3 Monaten manuell gefertigt. Heute entstehen die vier Zangenteile in einer Aufspannung auf einem Bearbeitungszentrum mit Nullpunkt-Spannsystem in 15 Minuten. InformationHartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbHD-72072 Tübingenwww.phorn.deVertretung in der SchweizDihawagZürichstrasse 152504 Biel/Bienne Tel. 032 342 42 33Fax 032 342 00 41 info@dihawag.chwww.dihawag.ch