Zerspanung von rostfreien Materialien: Ein weiterer Schritt in die Zukunft Die Verrückten von Agno: CrazyDrill

Autor / Redakteur: Matthias Böhm, Chefredaktor SMM / Matthias Böhm

Die CrazyDrill-Werkzeuge von Mikron Tool bis 6 mm Durchmesser sind technologisch Weltklasse. Jetzt kommen fünf Hochleistungsbohrer und ein Fräser neu auf den Markt, die alles Bisherige in den Schatten stellen. Nicht ganz einfach bei Kleinstdurchmessern ab 0,3 bis 6 mm.

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Gebohrt wird mit CrazyDrill SST-Inox vorzugsweise mit Kühlung durch den Schaft. Das erlaubt eine kontinuierliche Kühlung der Schneiden zwischen den einzelnen Bohrschritten.
Gebohrt wird mit CrazyDrill SST-Inox vorzugsweise mit Kühlung durch den Schaft. Das erlaubt eine kontinuierliche Kühlung der Schneiden zwischen den einzelnen Bohrschritten.
(Bild: Mikron Tool)

Die Schnittwerte der CrazyDrill-Hochleistungsbohrer von Mikron Tool SA aus Agno sind schlicht sensationell. Bei einem Durchmesser von 0,3 bis 6 mm bohren sie in Rostfrei-Stähle wie in Butter. Wer es nicht gesehen hat, glaubt es nicht. Die Verantwortlichen bei Mikron Tool sprechen selbst von verrückten Leistungsdaten ihrer CrazyDrill-Bohrer.

Im Oktober lud das Management des Unternehmens den SMM-Chefredaktor exklusiv in das neue Versuchs- und Forschungszentrum der «Tessiner Werkzeugschmiede» ein. Fazit: Die Mikron-CrazyDrill-Bohrer gehören zum Besten, was derzeit auf dem Markt geboten wird. Dabei ist die Konkurrenz in diesem Marktumfeld alles andere als Mittelmass. Technologisch ist das Unternehmen Weltklasse. Das ist auch mit einer der Gründe, warum Mikron Tool in den letzten 18 Jahren von 30 auf 180 Mitarbeiter gewachsen ist.

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Neue Herausforderungen suchen

Markus Schnyder (President, Mikron Tool International) betont gegenüber dem SMM: «Wir haben als Unternehmen nur dann eine Zukunft, wenn wir uns ständig neu erfinden, dem industriellen Wandel stellen und neue Herausforderungen suchen. Das ist auch für jeden unserer 180 Mitarbeitenden anspruchsvoll. Es gibt ständig Veränderungen in unserem Unternehmen, die sie mitmachen müssen. Wir müssen gemeinsam nach vorne schauen, dann läuft es rund.»

«Wir wollen die Besten sein»

Marco Cirfeta (Business Development Manager): «Wir haben unsere Herausforderungen folgendermassen abgesteckt: Vollhartmetall-Kleinstwerkzeuge ab 0,1 mm für schwierig zu zerspanende Werkstoffe von aktuell 0,3 bis 6 mm Durchmesser. Doch wir wollen solche Werkstoffe nicht einfach nur zerspanen. Wir wollen das Maximum herausholen, das heisst Hochleistungszerspanung im Mikrobereich. Und: Wir wollen die Besten sein. Mit unseren jüngsten CrazyDrill-Entwicklungen sind wir technologisch absolute Weltklasse. Ich würde sagen, wir sind unseren Mitbewerbern sicher einen Schritt voraus. Und das ist keinesfalls übertrieben.»

SMM exklusiv im neuen Mikron-Technologiezentrum

Die SMM-Redaktion konnte den Technologievorsprung im Versuchszentrum von Mikron Tool direkt im Vergleichstest begutachten. In den Bohrversuchen zeigt sich, wie stark sich die CrazyDrill-Werkzeuge von der Konkurrenz abheben. So wurden an Rostfrei-Stählen unterschiedlichste Bohrversuche mit CrazyDrill-Bohrern getätigt und direkt mit europäischen und japanischen Hochleistungswerkzeugen verglichen. Fazit: Sowohl Standzeiten, Vorschübe und letztlich auch die Qualität der Bohrungen (Toleranz, Rundheit, Verlauf) mit CrazyTool-Bohrern heben sich um Faktoren im positiven Sinn ab.

Verrückt im positiven Sinn

M. Schnyder: «Warum machen wir das? Weil wir die Herausforderungen suchen. Im Mikro-Werkzeugbereich haben viele Werkzeughersteller Mühe, mit ‹satten› Schnittdaten zu fahren. Es sind zwar einige Werkzeughersteller in unserem Segment unterwegs. Aber die meisten Mikro-Werkzeuge müssen behutsam eingesetzt werden. Wenn Sie da neben der Maschine stehen, sieht das aus, als wäre es Zeitlupe. Das ist sogar als Schweizer kaum auszuhalten. Das hat uns motiviert, Werkzeuge zu entwickeln, die Höchstleistung bringen, die mit derart hohen Vorschüben fahren, dass die Spezialisten sagen, das ist verrückt, was wir hier machen. Verrückt im positiven Sinn. Unser Ziel ist es, Prozesse immer wieder neu zu denken, mit Althergebrachtem zu brechen.»

Alberto Gotti: «Unsere Kunden fragen uns oft, warum wir mit den CrazyDrill-Bohrern solche Vorschübe fahren können. Ich will Ihnen das am kleinsten unserer Bohrer kurz erläutern. Wenn wir einen 0,1-mm-CrazyDrill-Hochleistungsbohrer schleifen, dann ist das eine extreme Herausforderung für uns. Denn die Breite der Ausspitzung misst nur 4 µm. Aber durch diese Geometriespezifikation wird die Vorschubkraft um circa 50 % reduziert. Das ist mit ein Grund, weshalb wir mit derart hohen Vorschüben fahren können.»

Die drei Herausforderungen

Die folgenden drei Herausforderungen stehen bei Mikron Tool aktuell im Fokus:

1. Die Dimension. Konzentration auf Werkzeuge in kleinen Dimensionen (0,1 bis 6 mm).

2. Die Präzision: Mikro-Bearbeitungen in höchster Präzision fertigen können.

3. Die Werkstoffe: auf die Bearbeitung anspruchsvollster Werkstoffe konzentrieren wie: Stainless Steel, Super Alloys, Titan und Chrom-Kobalt-Werkstoffe.

«Normale Bedingungen interessieren uns nicht»

Kurz: drei Schwierigkeiten, drei Herausforderungen: klein, präzis, schwierige Materialien und noch dazu schnell. So betrachtet sind es sogar vier Herausforderungen für Mikron Tool.

M. Schnyder: «Normale Bedingungen interessieren uns nicht, wenn es um Neuentwicklungen geht. Das ist unsere Strategie, das ist unser roter Faden. Und zwar in Richtung Speed, Verlässlichkeit des Prozesses und eine wiederholende Qualität. Hier sehen wir Potential für Innovationen. Wir wollen in der Mikro-Zerspanungstechnik der Hightech-Märkte wie Medizin, Luftfahrt, Energie, Prozessindustrie und Präzisionsmechanik richtig stark werden.»

Alberto Gotti: «Wir garantieren mit unseren CrazyDrill-Bohrern Bohrungen mit Toleranzfeldern im einstelligen µ-Bereich. Die Entwicklung von Hochleistungs-Mikrowerkzeugen ist die eine Seite. Das ist bereits ein enorm anspruchsvoller Prozess. Aber es gibt einen zweiten, ganz wesentlichen Aspekt. Unsere Produktion muss nicht einfach in der Lage sein, die Werkzeuge entsprechend den Vorgaben unserer F&E-Abteilung zu fertigen, sondern diese absolut prozesssicher zu produzieren. Man spricht bei den Schneidwerkzeugen von Makro- und Mikrogeometrien. Bei uns bewegen sich die Makrogeometrien teilweise bereits im Mikro-Bereich. Jetzt stellen Sie sich vor, in welchen Dimensionen wir uns bei den 0,1 mm Durchmesser messenden Bohrern bei den Mikrogeometrien bewegen.»

Wir beherrschen die technologischen Grenzen

M. Schnyder: «Hier befinden wir uns in einem Umfeld, das hat mit der normalen Werkzeugherstellung oberhalb von 6 mm nichts mehr zu tun. Aus unterschiedlichsten Gründen. Ein Beispiel: In die Steifigkeit geht das Flächenträgheitsmoment mit ein. Und dadurch geht der Radius in der vierten Potenz in die Steifigkeit des Bohrers ein. Jetzt rechnen Sie einmal 6 mm hoch vier und anschliessend 0,1 mm hoch vier. Wenn Sie die beiden Ergebnisse teilen, dann entspricht dieser Faktor der verringerten Steifigkeit des Bohrers, und das ist massiv. Das hört sich nach Theorie an, aber die macht sich in der Praxis ganz real bemerkbar und so etwas muss man beherrschen können in den Schleifprozessen der Werkzeugfertigung. Und dann müssen wir noch auf das ‹µ› genau schleifen können. Da kommt man an technologische Grenzen, die wir aber ausgezeichnet beherrschen.»

Alberto Gotti: «Um die Produktion unserer Werkzeuge 100%ig zu kontrollieren, wird direkt nach dem Schleifprozess ein Werkzeug-Los herausgenommen. Die Werkzeuge werden sofort getestet und Versuche gefahren. Es werden Drehmomente, Vorschubkraft und Spänebild kontrolliert. Alle Daten werden abgespeichert und archiviert. Ein Beispiel: Sollte sich das Drehmoment beim Bohrprozess erhöhen, kann das beispielsweise auf einen Spänestau,Schneidkantenverschleiss oder gar Bruch zurückzuführen sein. Dann müssen wir sofort nachprüfen, woran es liegt, und den Produktionsprozess unserer Werkzeuge optimieren.»

Kühlen, kühlen und nochmals kühlen

Auf die Frage des SMM, was Mikron Tool unternimmt, um ihre Werkzeuge auf Höchstleistung zu trimmen, antwortet M. Schnyder: «Kühlen, kühlen und nochmals kühlen. Das haben viele noch nicht verstanden. Umso mehr freut mich das. Fräsen ohne Kühlschmierstoff mit Vollhartmetallbohrern ist für uns unvorstellbar. Aber man muss richtig kühlen und richtig kühlen heisst, dass die Schneiden erst gar nicht an die Temperaturgrenze von 700 °C kommen. »

Patentiertes Kühlkanaldesign

Beim Innenkühlen von Mikrowerkzeugen ist die grösste Herausforderung, genügend KSS durch die kleinen Kühlkanäle zu bekommen, wie Alberto Gotti betont: «Wir können Innenkühlung bis zu einem gewissen Durchmesserbereich realisieren. Entscheidend bei Mikrowerkzeugen ist: Man muss es richtig machen. Sie können traditionell zwei Rundkanäle durch den Bohrer führen, aber damit kommen Sie nicht ans Ziel, weil die Kühlmenge viel zu niedrig ist.

Wir haben deshalb ein Kühlkanaldesign in Tropfenform entwickelt und patentiert und dort in den Bohrerquerschnitt gelegt, wo die niedrigsten Spannungen auftreten. Wir können das ab 1 mm Durchmesser realisieren. Wir bringen durch unsere neuen Kühlkanäle vier Mal mehr KSS-Durchsatz als Bohrer mit runden Kühlkanälen. Das heisst auch, wir können vier Mal mehr Wärme aus dem Zerspanprozess rausholen.

Das macht einen Riesenunterschied. Jetzt können Sie fragen: Was bringt uns das? Da muss man das Hartmetallgefüge betrachten. Bei 700 Grad plastifiziert das Kobalt im Hartmetall. Der Verschleiss nimmt zu, die Bohr- oder Fräsleistung sinkt. Deshalb ist Kühlung derart wichtig, gerade bei Rostfrei-Bearbeitungen.»

M. Schnyder: «Können wir die Kühlung nicht durch die Innenkühlung gewährleisten – was heute unter einem Millimeter der Fall ist –, setzen wir auf unsere patentierte Schaftkühlung. Auch die ist sensationell. Wir haben das von unseren Mikro-Fräsern auf die Mikro-Bohrer übertragen. Die Ergebnisse sind schlicht beeindruckend. Auch hier heisst es wieder: kühlen, kühlen und nochmals kühlen.»

Prozesssicherheit ab 0,1 mm Durchmesser

Massive Kühlung spielt bei den Mikron-Werkzeugen zwar eine ganz wichtige Rolle, ist aber längst nicht alles, um die Zerspanprozesse in der Art zu perfektionieren, wie das bei dem Tessiner Werkzeughersteller der Fall ist. Die Anforderungen an moderne Hochleistungs-Mikrowerkzeuge sind vielseitiger Natur.

Marco Cirfeta: «Unsere Kunden wollen neben Geschwindigkeit, Standzeit und Präzision vor allem Prozesssicherheit. Das ist ab 3 mm und grösser generell nicht einfach, aber doch eher unproblematisch. Aber alles, was unter 3 mm Durchmesser ist, da ist Prozesssicherheit eine echte Herausforderung. Ich will Ihnen ein Beispiel nennen. Bei den oben genannten Materialien ist der Spanbruch ein mitentscheidendes Kriterium, um eine prozesssichere Zerspanung zu gewährleisten. Wir haben es bei Chrom-Nickel-Stählen mit Werkstoffen zu tun, die eine sehr hohe Bruchdehnung haben. Das ist super für den Konstrukteur, aber uns ‹Zerspanern› bereitet das Kopfzerbrechen. Wir müssen gerade bei unseren Bohrwerkzeugen die Werkzeugschneiden in der Art auslegen, dass wir den Span brechen. Wir müssen den Span in der Art formen, dass er zum Bruch neigt. Wir können das, es ist aber mit enormem Aufwand bei der Produktion unserer Werkzeuge verbunden. Wir müssen für jeden Bohrer-Durchmesser ein anderes Schliffbild schleifen. Rein konstruktiv ist das erst einmal unproblematisch, aber wir müssen unsere Werkzeugproduktion an diese unterschiedlichen Schliffbilder anpassen. Das ist ein erheblicher produktionstechnischer und -logistischer Aufwand.»

Alberto Gotti: «Die Kurzspäne mit unseren CrazyDrill-Bohrern sind nur möglich, weil wir eine Unzahl von Schleifscheiben im Einsatz haben, welche die Spanbrecherform in die Bohrerspitze individuell auf den Bohrer-Durchmesser angepasst schleifen. Das ist aufwändig, aber es ist unglaublich, was wir damit gewinnen. In der Spitzengeometrie unserer Werkzeuge steckt einiges an produktionstechnischem Know-how.»

M. Schnyder: «Wir hatten oben das Flächenträgheitsmoment angesprochen bezüglich unserer Mikro-Bohrwerkzeuge. Das spielt auch beim Spanbruch eine Rolle. Genauer spielt das Flächenträgheitsmoment des Spans eine ganz entscheidende Rolle. Das ist auch Theorie. Aber wie das in die Praxis einfliesst, bleibt vorerst unser Geheimnis. Das Resultat sind extrem kurz brechende Späne.»

Am besten in der eigenen Produktion testen

Wie sich zeigt, geben die Tessiner ordentlich Gas, um im VHM-Kleinstwerkzeugbereich an der Spitze zu bleiben. Zu sehen gibt es die neuen Werkzeuge auf der Prodex. Ausprobieren muss man sie in der eigenen Produktion, dann aber die Vorschübe der CNC-Steuerung und Drehzahlen auf Bi-Turbo stellen, damit man aus den CrazyDrill-Werkzeugen das rausholen kann, was sie technologisch zu bieten haben: Höchstleistung in schwierigsten Werkstoffen. SMM

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