MPK Special Tools meistert Hartmetallfräsen Fräsen von Hartmetall

Redakteur: Matthias Böhm

Das Fräsen von Hartmetall ist ein noch neues Feld in der Zerspanung und erweitert die Gestaltungsmöglichkeiten, zum Beispiel im Werkzeug- und Formenbau, deutlich. Im Vergleich zum Schleifen und Erodieren bringt das Fräsen von Hartmetall grosse Vorteile mit sich, aber auch Herausforderungen. Aus diesem Grund bietet die MPK Special Tools GmbH, Hersteller von Umformwerkzeugen aus Schwäbisch Gmünd, jetzt auch Hartmetallfräsen als Dienstleistung an. Das Unternehmen arbeitet dabei mit einer Fräsmaschine von Makino und Marlin-Fräsern von Zecha.

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Für die neue Dienstleistung setzt MPK Special Tools die hochpräzise CNC-Maschine Makino iQ300 mit vibrationsarmer Spindel und hoher thermischer Stabilität ein.
Für die neue Dienstleistung setzt MPK Special Tools die hochpräzise CNC-Maschine Makino iQ300 mit vibrationsarmer Spindel und hoher thermischer Stabilität ein.
(Bild: MPK Special Tools GmbH)

Aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit beispielsweise gegen Verschleiss werden Aktivteile aus Hartmetall in zahlreichen Branchen und Segmenten eingesetzt: Messer für industrielles Schneiden, Zerspanwerkzeuge sowie Stanz- und Umformwerkzeuge sind nur einige Beispiele.

«Verwendet wird es hauptsächlich in extremen Applikationen, die nach besonders verschleissfesten Werkzeugen oder Bauteilen verlangen», erklärt Reiner Kirschner, Geschäftsführer von MPK Special Tools. Als Experte für die Herstellung von Umformwerkzeugen weiss MPK Special Tools genau, worauf es bei der Bearbeitung von Hartmetall ankommt. Diese langjährige Erfahrung nutzt das Unternehmen nun, um für seine Kunden auch die Zerspanung von Hartmetall anzubieten.

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Mit MPK Special Tools an grosse Herausforderungen

Dabei stellt die Fräsbearbeitung von Hartmetallen zwischen 900 und 2200 HV Maschine und Werkzeug vor grosse Herausforderungen: So wird die Zerspanbarkeit von Hartmetall stark durch den Aufbau und Anteil der Binderphase und der durchschnittlichen Grösse der Wolfram-Körper bestimmt.

Auch die Schneidenbelastung ist im Vergleich zu herkömmlichen Werkstoffen beim Fräsen von Hartmetall wesentlich höher.

3-fach grössere Belastung als bei gehärtetem Stahl

Dass diese Differenz mit zunehmendem Wirkdurchmesser steigt, bestätigten Versuche mit Kugelfräsern (Durchmesser 1 mm) bei einer Drehzahl von 30 000 1/min und einem Vorschub von 300 mm/min für versch. axiale Zustellungen von ap = 2 µm bis ap = 100 µm. Bei einem Wirkdurchmesser von 0,6 mm betrug die Schneidenbelastung im Hartmetall CF-H40S (90,3 HRA) rund 70 Newton. Das ist eine mehr als dreifache Belastung gegenüber der Zerspanung von gehärtetem Stahl (59 HRC).

Um solchen Anforderungen bei der Fräsbearbeitung von Hartmetall gerecht zu werden, müssen sämtliche Faktoren optimal aufeinander abgestimmt sein: Expertise und Strategie des Anwenders, Maschinenauslegung, Spindelfestigkeit, Werkzeuggeometrie, Spanbildung, Schnittparameter, Kühlung und vieles mehr.

Richtige Maschine, perfekte Werkzeuge

Reiner Kirschner: «Nicht zuletzt ist dabei auch hervorragendes Equipment ausschlaggebend. So haben wir, um unseren Kunden Zugang zu dieser innovativen Technologie zu eröffnen, unseren Maschinenpark um eine Makino iQ300 erweitert.»

Das hochpräzise CNC-Vertikalbearbeitungszentrum für Präzisionsteile mit vibrationsarmer Spindel ermöglicht extrem genaue Achsbewegungen mit kleinsten Steps für sehr gute Oberflächengüten im Hartmetall. Dank der hohen thermischen Stabilität widersteht die Maschine problemlos dem Wärmegang beim Bearbeiten von Hartmetall.

Diamantbeschichtete Fräser zerspanen Hartmetall

Zudem arbeitet MPK Special Tools eng mit der Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH zusammen. Die hochwertigen Marlin-Fräser des Werkzeugexperten aus Königsbach-Stein wurden eigens für die Zerspanung sämtlicher Hartmetallsorten entwickelt und meistern den Einsatz unter solch harten Bedingungen mit Bravour.

Durch ihre ausgefeilte Geometrie, hohe Schneidkantenstabilität und abgestimmte Diamant-Beschichtung mit einer Härte bis zu 10 000 HV sind die Marlin-Fräser exakt auf die Bearbeitung von Hartmetall zugeschnitten. Sie bieten damit gegenüber CBN-Fräsern, die mit 3000 bis 3500 HV nur geringfügig über der Härte vieler Hartmetallsorten liegen, enorme Vorteile in puncto Standzeit.

Exzellente Oberflächen

MPK-Kunden profitieren nicht nur aufgrund der langen Standzeit vom Einsatz der Marlin-Fräser in der Fertigung. «Sowohl beim Schruppen als auch beim Schlichten erzielen wir mit den Kugelfräsern (Serie 900) und den Torusfräsern (Serie 910) von Zecha exzellente Ergebnisse und erreichen feine Oberflächenstrukturen», so Reiner Kirschner.

Der Vergleich mit CBN-Fräsern zeigt es deutlich: 3000fache Vergrösserungen belegen, dass bei der Bearbeitung mit einem CBN-Fräser eine unruhige Oberfläche durch Kobaltverschmierungen entsteht, was weiterführende Prozesse erschwert. Mit den «Marlin-Fräsern» schafft MPK Special Tools dagegen ruhige Oberflächen mit sauberen Fräsbahnen.

Fräsen versus Erodieren

Auch im Vergleich zum Erodieren hat MPK Special Tools mit den Marlin-Fräsern bei der Bearbeitung von Hartmetall die Nase vorn: Aufgrund der aufwändigen Elektrodenherstellung und der langen Bearbeitungszeiten gehört Erodieren zu den kostspieligsten Verfahren im Werkzeug- und Formenbau. Zudem zeigen REM-Aufnahmen sowie Querschliffe, dass beim Erodieren eine weisse Randschicht mit geringfügiger Beschädigung entsteht, die im Nachbehandlungsverfahren wegpoliert werden muss.

Rauheitswert von 0,03 µm erzielbar

«Solche ‹Verletzungen› gibt es mit uns als Partner in der Hartmetallbearbeitung nicht», so Reiner Kirschner. «Je nach Werkzeugverschleiss, Zustellungen und Steps sind Oberflächen in Polierqualität – also einem Rauheitswert von durchschnittlich 0,03 µm – erzielbar. Mit 8-prozentiger Emulsion konnten die Ergebnisse gegenüber der reinen Trockenbearbeitung sogar noch gesteigert werden.»

Die von MPK Special Tools gefertigten Hartmetallbauteile lassen sich aufgrund ihrer wesentlich besseren Oberflächengüten in nachfolgenden Prozessen auch mühelos weiterbearbeiten.

50 Minuten fräsen statt 390 Minuten erodieren

Doch nicht nur die ausgezeichneten Oberflächengüten stechen hervor, ein wesentlicher Vorteil der gefrästen Hartmetall-Aktivteile sind die deutlich höheren Standzeiten. Damit erzielt MPK Special Tools auch bei kniffligen Applikationen mit hohen Kosten für Werkzeuge und Produktion eine gute Wirtschaftlichkeit. Je nach Anwendung können zudem auch die Bearbeitungszeiten deutlich gesenkt und damit die Produktivität noch einmal gesteigert werden.

Ein Beispiel: MPK Special Tools benötigte zum Fräsen eines speziellen Hartmetallbauteils für den Werkzeug- und Formenbau 50 Minuten. Beim Erodieren hätte der Anwender 390 Minuten Bearbeitungszeit für alle Arbeitsgänge einkalkulieren müssen. Das ist eine Zeitersparnis von mehr als fünf Stunden pro Bauteil!

Fazit

Reiner Kirschner: «Mit unserem neuen Service eröffnen wir unseren Kunden die Welt des Hartmetallfräsens. Mit dem Einsatz der Technologie bieten wir Ihnen eine wirtschaftliche Lösung für die Herstellung von Bauteilen, bei der verschiedene Fertigungsschritte kombiniert werden müssen. Sie profitieren von den erweiterten Gestaltungsmöglichkeiten, den exzellenten Oberflächengüten und den kurzen Bearbeitungszeiten.» <<

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