Präzisionswerkzeug Diamantwerkzeuge, die überzeugen

Redakteur: Matthias Vogel

>> Das wirtschaftliche Zerspanen moderner, stark abrasiver Werkstoffe setzt unter anderem aufgabenbezogene Schneidstoffe voraus. Da sowohl die Anwendungen als auch die dafür in Frage kommenden Werkzeuge immer individuellere Lösungen erfordern, entwickelte die Firma TiroTool Diamantwerkzeuge, die unter anderem durch gelaserte Schneidkanten und 3D-Spanleit-stufen überzeugen.

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Der Blick durch das Rasterelektronenmikroskop beweist die Scharfkantigkeit der gelaserten CVD-Schneidkante TiroSpice.
Der Blick durch das Rasterelektronenmikroskop beweist die Scharfkantigkeit der gelaserten CVD-Schneidkante TiroSpice.
(Bild: Fa. TiroTool)

mvo. Seit der Gründung im Jahre 2002 beschäftigt sich die Tirotool Werkzeugsysteme GmbH mit der Entwicklung diamantbestückter Präzisionswerkzeuge zum Drehen, Fräsen, Bohren, Spindeln und Stechen. Die dabei gewonnenen Erfahrungen führten zu zahlreichen Neuentwicklungen, welche der Bearbeitung ultraharter Schneidstoffe völlig neue Wege eröffneten.

Innovationen in der Firmengeschichte

2004 wurde mit TiroWave weltweit die erste in Diamantschneiden gelaserte 3D-Spanleitstufe vorgestellt. Als weiterer Meilenstein folgte 2005 TiroSpice, eine feinstgelaserte Schneidkante für die mit CVD-Dickschicht-Diamant (CVD-D) bestückten Werkzeuge und Schneidplatten. Die für die Bearbeitung der Mikroschneidkanten benötigten Laser entwickelte TiroTool gemeinsam mit einem renommierten Laserhersteller.

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Dank der Konzentration des Firmen-Know-hows auf Diamantschneidstoffe wie PKD und CVD-D sowie die Herstellung von Schneidkanten mit gelaserten Spanbrechern entwickelte sich das Tiroler Unternehmen in kurzer Zeit zu einem gefragten Lieferanten für weltbekannte Unternehmen aus der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie, deren Zulieferern, sowie der präzisionsmechanischen Industrie und der Keramik und Leichtmetall verarbeitenden Industrie.

Aktuell beschäftigen sich 12 Mitarbeiter mit der Optimierung dieser Entwicklungen unter besonderer Berücksichtigung der neuesten Erkenntnisse in der Lasertechnologie. Parallel dazu werden für die unterschiedlichen Bearbeitungsaufgaben Werkzeugkonzepte mit dem Ziel entwickelt, die Produktivität der Anwender durch die Betrachtung der gesamten zerspanenden Prozesskette noch mehr zu steigern.

CVD-D, der Schneidstoff für das Besondere

Bei der chemischen Gasphasenabscheidung CVD-D (Chemical-Vapour-Deposition von Diamant) – nicht zu verwechseln mit dem CVD-Beschichtungsverfahren für Wendeschneidplatten – wird ein polykristallines, nahezu hundertprozentiges (99,9 Prozent) Diamantsubstrat ohne metallische Binder erzeugt. Die daraus entstehenden Platinen sind in der Regel 1'' x 1'' gross und 0,5 bis 1,2 mm dick. Sie werden mittels Laser in Segmente geschnitten, die dem zu bestückenden Werkzeugträger angepasst sind.

Nach dem Auflöten der Segmente unter Vakuum schneidet der Laser die Fertigkontur und bringt je nach Anwendung die TiroWave-Spanleitstufe ein. Dank der Lasertechnik lassen sich nahezu alle vorstellbaren Geometrien herstellen. Da beim Lasern kaum Abfall entsteht und keine Schmier- und Kühlstoffe benötigt werden, ergibt sich auch ein äusserst positiver Effekt für die Umwelt.

Vom Schruppen bis zur Feinstbearbeitung

Die Mikroschneide wird der Anwendung angepasst – von extrem scharf mit einer Schneidkantenverrundung von 2 bis 3 µm über verrundet, bis zu positiven und negativen Fasen. Dank der absolut scharfen und schartenfreien Schneiden eignet sich der CVD-D-Diamant hervorragend für alle Zerspanungstechnologien, vom Schruppen bis zum Feinschlichten von langspanenden Aluminium- und Magnesiumlegierungen, Aluminium mit hohem Siliziumanteil sowie von Edelmetall-Legierungen, Verbundwerkstoffen mit hohem Anteil an abrasiven Füllstoffen, Hartmetall und Keramikgrünlingen. Auch lassen sich mit CVD-D längere Schneiden als mit einkristallinem Diamant realisieren.

Gelaserte 3D-Spanleitstufen

Bei der spanenden Bearbeitung von Al- und Mg-Legierungen, Buntmetallen und Verbundwerkstoffen sind mangelhafter Spanbruch, schlechte Spanabfuhr und die Bildung von Aufbauschneiden die wesentlichsten Ursachen für einen Maschinenstillstand und den daraus resultierenden Produktionsausfall. Diesen Störfaktoren begegnet die Produktreihe TiroWave mit gelaserten 3D-Spanformern. Sie werden in den Ausführungen mittlere Zerspanung, Finishbearbeitung und Sonderanwendungen für alle ISO-Schneidplatten bestückt mit PKD- und CVD-D angeboten.

Spanwinkel bis 25 ° erzeugen einen weichen Schnitt und verringern die Gratbildung auf ein Minimum. Die scharfe Schneide bietet besondere Vorteile beim Bearbeiten von CFK, GFK und deren Composites. Während PKD-Schneiden oder diamantbeschichtete Wendeschneidplatten wegen der grösseren Kantenverrundung die Fasern eher brechen als schneiden, trennen sie die ultrascharfen CVD-D-Schneiden mit glattem Schnitt.

Störungsfreie, wirtschaftliche Produktion

Die 3D-SpanleitstufeTiroWave bietet bei Betrachtung der gesamten Prozesskette gegenüber glatten PKD-Diamantschneiden mehrere Vorteile: höhere Fertigungssicherheit durch kontrollierten Spanbruch, höhere Standzeit und Ausbringung, Reduzierung der Schnittkraft um bis zu 30 Prozent. Das ist ein entscheidender Nutzen bei dünnwandigen Bauteilen. Es entsteht eine geringere Gratbildung durch einen weichen Schnitt und die hohe Wärmeleitfähigkeit des Diamanten erfordert weniger Kühlschmierstoff, da auch die Spanformung nur innerhalb des Diamantsegments erfolgt. Auch in diamantbestückte Stechwerkzeuge lassen sich Spanleitstufen einlasern, welche den Span quer stauchen. Dadurch werden die Späne kurz gebrochen und die Nutflanken bleiben unbeschädigt.

Hohe Geometrieflexibilität und Leistungsfähigkeit

Der polykristalline CVD-Dickschicht-Diamant übertrifft den polykristallinen Diamant (PKD) hinsichtlich Verschleissfestigkeit, Standzeit und erreichbarer Oberflächengüte um das Doppelte und ist in der Härte nahezu identisch mit dem monokristallinen Diamant (MKD). Mit den CVD-Dickschicht-Diamanten lassen sich bei der allgemeinen Zerspanung alle Vorteile erzielen, die auch den MKD-Diamanten auszeichnen – allerdings zu wesentlich geringeren Kosten. Zusammen mit dem breiten Anwendungsspektrum bietet CVD-D deshalb in der Serienfertigung eine ausgezeichnete Alternative für viele «angestammte» Hartmetall-, MKD- und auch PKD-Anwendungen.

Meldungen aus Kundenkreisen bestätigen Produktivitätssteigerungen um bis zu 35 Prozent gegenüber anderen Diamantwerkzeugen und bis zu 80 Prozent gegenüber HM-Schneiden bei gleichzeitiger Reduzierung der Bearbeitungskosten um bis zu 80 Prozent. Standzeitverlängerungen um mehr als das 2,5-Fache werden bei der all-gemeinen Zerspanung von Aluminium häufig erreicht. Zahlreiche Einzelanwendungen führen zu noch besseren Ergebnissen.

Diese beeindruckenden Ergebnisse lassen sich aber nur erzielen, wenn das gesamte Maschinenumfeld betrachtet und auf ein möglichst hohes Stabilitätsniveau gebracht wird. Denn der Aufbau der Maschine, die Genauigkeit und Stabilität ihrer Führungen und Spindeln sowie die Spannsysteme für Werkstück und Werkzeug haben einen entscheidenden Einfluss auf das Ergebnis. <<

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