Mikron Tool: Mikrofräser Crazy Mill Cool Micro: Kleine Weltsensation!

Von Susanne Böhm

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Die Schweiz ist gemäss dem Global Innovation Index 2021 das Land mit der weltweit höchsten Innovationskraft. Dazu tragen technologieorientierte Unternehmen wie der Schweizer Präzisionswerkzeughersteller Mikron Tool bei. Er präsentierte zur AMB einen innovativen Mikrofräser.

Schleifprozesse für Mikro-​Fräswerkzeuge mit Durchmesser kleiner als 1 mm sind extrem anspruchsvoll, es muss auf 0,1 µm korrigiert werden.
Schleifprozesse für Mikro-​Fräswerkzeuge mit Durchmesser kleiner als 1 mm sind extrem anspruchsvoll, es muss auf 0,1 µm korrigiert werden.
(Bild: Mikron Tool)

Anlässlich der Messe AMB in Stuttgart präsentierte das Unternehmen, das mit derzeit etwa 250 Beschäftigten arbeitet, seinen neuen Hochleistungsmikrofräser zum Schruppen und Schlichten für schwierigst zu zerspanende Werkstoffe. Den Mikrofräser Crazy Mill Cool Micro Z3/Z4 – der kleinste mit integrierter Kühlung und der erste mit werkstoffspezifischen Schneidengeometrien – gibt es mit 0,2 bis 1,0 mm Durchmesser für bis zu 5 × d Frästiefe. Prädestiniert für Hochleistungswerkstoffe, wie rostfreie Stähle, Titan und Titanlegierungen, hitzebeständige Legierungen (zum Beispiel Inconel und Nilo) und CoCr-​Legierungen, besticht er durch erhebliche Leistungssteigerung und höchste Prozesssicherheit gegenüber herkömmlichen Standards. Vor allem zeigt er seine Stärken im Umfang- und Nutenfräsen sowie beim Fräsen mit Spiralinterpolation.

Miniaturisierung fordert Ingenieurskunst

Die voranschreitende Miniaturisierung von Werkstücken erfordert hochleistungsfähige und prozesssichere Werkzeuge auch bei den kleinsten Applikationen. Sie werden zunehmend in der Medizintechnik, in der Uhren- und Schmuckindustrie wie auch in der Elektrobranche gesucht. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, hat Mikron Tool diesen neuen Ausnahmefräser für die Mikrozerspanung entwickelt. Dabei ist den Ingenieuren von Mikron Tool erstmals gelungen, komplexe Hochleistungs-​Schneidengeometrien auf Mikrofräser zu übertragen. Dies erfordert nicht nur bei der Entwicklungsarbeit ein Höchstmass an Kompetenz. Auch fertigungstechnisch ist es eine maximale Herausforderung, solch komplexe Geometrien bei Fräsern mit Durchmessern kleiner als 1,0 mm umzusetzen. Je kleiner der Querschnitt des Werkzeuges, desto anspruchs­voller ist es, dieses unter Einhaltung von Qualitätsanforderungen und Toleranzen zu fertigen. Dazu sind modernste Hochpräzisionsschleifzentren und Diamant-Schleifscheiben mit ultrafeiner Körnung erforderlich. Hochgenaue digitale Messgeräte sind während des gesamten Produktionsablaufs zur Sicherstellung des hohen Qualitätsanspruchs im Einsatz, darunter sonderangefertigte Digital­mikroskope mit bis zu 2000-facher Vergrösserung. Das allein genügt nicht. Dank der Kompetenz der Schleifspezialisten des Produktionsbereichs Nano-​Werkzeuge produziert Mikron Tool diese Fräser mit absoluter Höchstpräzision (im Korrekturbereich von 0,1 µm).

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Werkstoffspezifische Schneidengeometrien

Ein Aspekt, der eine massgebliche Rolle bei der Entwicklung dieses Fräsers spielte, waren die spezifischen Werkstoffeigenschaften und die damit verbundenen sehr unterschiedlichen Zerspanungsverhalten. Daher nahm die F&E-Abteilung dieses Thema bei der Entwicklung des neuen Fräsers ganz genau unter die Lupe, und das führte zu einem bemerkenswerten Ergebnis. Es wurden zwei Hauptgruppen von Werkstoffen definiert, für die jeweils eine spezifische, genau abgestimmte Schneidengeometrie entwickelt wurde:

  • Geometrie S wurde speziell für rostfreie Stähle, Baustähle, Nichteisenmetalle und Titanlegierungen entwickelt. Sie zeichnet sich durch eine höhere Schnittigkeit für Werkstoffe mit einer spezifischen Schnittkraft kleiner als 2250 N/mm2 aus.
  • Geometrie SX eignet sich dank eines speziellen Schneidenschutzes für Werkstoffe mit einer spezifischen Schnittkraft grösser als 2250 N/mm2 wie hitzebeständige Legierungen und CoCr-Legierungen.

Das lässt erstmalig Hochleistungsfräsen von schwer und schwierigst zu zerspanenden Werkstoffen in der Mikrofertigung zu. Die werkstoffspezifischen Geometrien bearbeiten das Material so perfekt, dass eine Gratbildung nahezu vermieden wird.

Stabile Geometrie

Bei kleinen Werkzeugdurchmessern stellt die Werkzeugabdrängung bei der Fräsbearbeitung ein erhebliches Problem dar, das sich bei schwer zu zerspanenden Werkstoffen aufgrund der höheren Schnittkräfte nochmals verschärft. Die entwickelten Geometrien verhindern die Werkzeugabdrängung, indem sie – je nach Werkstoff – hohe Schnittigkeit mit Robustheit vereinen, was unwillkürlich zu einer hohen Gesamtstabilität des Werkzeugs führt. Das Resultat sind wesentlich höhere Abtragsvolumina bei perfekter Formtreue und deutlich längeren Standzeiten.

Optimal gekühlt

Hohe Temperaturen und Temperaturwechsel im Schneidenbereich sind bei allen Hochleistungswerkstoffen bei Fräsoperationen extrem kritische Punkte, vor allem in der Mikrofertigung. Hier profitiert Mikron Tool von seiner Vorreiterrolle bei Fräsern mit integrierter Kühlung. Das revolutionäre und superbewährte Kühlkonzept (patentiert) der Crazy-Mill-Cool-Fräserserie wurde auf den neuen Mikrofräser übertragen – auch bei den kleinsten Durchmessern – und führt zu hervorragenden Ergebnissen. Das Herzstück des Kühlkonzeptes sind die im Werkzeug integrierten Kühlkanäle. Dank ihrer Sonderform befördern sie deutlich mehr Kühlschmierstoff in die Fräszone mit dem Effekt, dass die Schneiden konstant und effizienter gekühlt werden. Dadurch können höchste Schnittwerte gefahren und wesentlich mehr Material abgetragen werden, verglichen mit handelsüblichen Mikrofräsern. Zudem werden durch den massiven Kühlstrahl die Späne aus dem Bearbeitungsbereich weggespült, ein wiederholtes Zerstückeln findet nicht statt. Das Resultat sind hervorragende Standzeiten und eine Oberfläche in Feinschlichtqualität.

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Lange Standzeiten

Um filigrane Geometrien und hochfeine Schneiden zu erzeugen, muss man auch beim Hartmetall die richtige Wahl treffen. Mikron Tool setzt auf modernste Ultrafeinsorten mit hoher Verschleissfestigkeit bei gleichzeitiger hoher Bruchzähigkeit. Die Korngrösse liegt hier unter 0,5 µm. Um den hohen Ansprüchen der Miniaturisierung gerecht zu werden, bedient sich Mikron Tool modernster Beschichtungstechnik. Die neue revolutionäre Beschichtung Exedur-SNP bietet selbst bei extremen Einsatztemperaturen eine hervorragende Verschleissfestigkeit. Die hohe Schichtglätte und die exakt homogene Schichtdicke schützen alle Konturen gleichmässig, ohne die Schnittigkeit zu beeinträchtigen. Dank dieser Beschichtung erhöht sich die Standzeit wesentlich, eine hohe Prozesssicherheit ist das Resultat. Da die Beschichtung chromfrei ist, kann eine Kreuzkontamination bei Medizinteilen ausgeschlossen werden.

Medizintechnik profitiert

Die erste Kleinserie des neuen Crazy Mill Cool Micro lief bereits vom Band und ist bei einem mittel­grossen Medizintechnik-Hersteller in der Testphase. Das Unternehmen stellt auf sechs Dreh- und Fräszentren Komponenten für chirurgische Instrumente her. Der Produzent suchte nach einer Mikrozerspanung für martensitischen Chromstahl. Er war mit dem Leistungsumfang der bisher eingesetzten Mikrofräser nicht zufrieden und suchte nach Alternativen. Für das Fräsen von martensitischem Chromstahl empfahl Mikron Tool, die Geometrie S einzusetzen. Fräsqualität, Standzeit und Gratbildung haben den Kunden derart überzeugt, dass er heute sogar mannlose Schichten fährt.

Zukunftsweisende Technologie

Die Praxis zeigt, dass Mikron Tool mit dieser Entwicklung erneut einen Volltreffer gelandet hat. Dass es sich bei dem Winzling um ein Hochleistungswerkzeug handelt, zeigt auch eine Schrupp-Anwendung in Chromstahl, die der Werkzeughersteller in seinem Technology-Center durchführte. «Mit einem Werkzeug mit 0,6 mm Durchmesser haben wir bei 30 000 min-1 Drehzahl, 0,5 mm Zustellung (ap), 0,08 mm Eingriffsbreite bei 540 mm/min Vorschubgeschwindigkeit gefräst. Für einen derart kleinen Vollhartmetallfräser sind das Spitzenwerte, die neue Benchmarks setzen», berichtet Markus Schnyder, Geschäftsführer. Er ergänzt: «Wir sind ein innovativer und agiler Schneidwerkzeughersteller, weil wir technologiegetrieben sind und kontinuierlich in die Forschung investieren. Und das Beste daran ist, dass unsere Mitarbeiter diese Entwicklungen immer mit hoher Motivation aktiv voran­treiben. Die Zusammenarbeit zwischen der Schleif­abteilung und der Forschung & Entwicklung bei diesem Projekt war wieder eine beeindruckende Teamleistung. Mit dieser Neuentwicklung haben wir erreicht, dass eine prozesssichere und wirtschaftliche Fertigung von Bauteilen in Kleinstdimensionen auch in Grossserie gewährleistet ist. A star is born!» SMM

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