HAM Präzision Swiss Andreas Maier AG: PKD-Sonderwerkzeug halbiert Bearbeitungszeit

>> Polykristalline Diamantwerkzeuge (PKD-Werkzeuge) gewinnen in der industriellen Metallbearbeitung immer mehr an Bedeutung. Den Anforderungen speziell angepasste PKD-Bohr-, Fräs- und Reibwerkzeuge erfüllen höchste Ansprüche sowohl an Schnittgeschwindigkeiten als auch an reproduzierbare Genauigkeiten in Form von Masshaltigkeit, Formtreue und Lagezuordnung. Das Beispiel zeigt, dass eine Halbierung der Bearbeitungszeit bei höherer Oberflächengüte durch PKD-Einsatz erreicht werden kann.

Anbieter zum Thema

TORNOS S.A.

Angehrn AG - Umformtechnik

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Hartmetall-Werkzeugfabrik Andreas Maier GmbH

TOX PRESSOTECHNIK GmbH & Co. KG

Mit PKD-Werkzeugen können sehr hohe Oberflächengüten erreicht werden und schliesslich bringen sie mehrfache Standzeiten gegenüber herkömmlichen Hartmetallwerkzeugen, sofern die Bearbeitungsbedingungen für PKD ideal sind.

Verlängerung der Nachschleifzyklen

Dies wiederum führt über die Verlängerung der Nachschleifzyklen zur spürbaren Verringerung der Werkzeugwechselvorgänge und damit zur Minimierung der unproduktiven Nebenzeiten. Das Technologie-Unternehmen HAM Hartmetallwerkzeugfabrik Andreas Maier GmbH ist auf den Bereich PKD-Werkzeuge hoch spezialisiert. Doch mit den ultraharten und extrem verschleissfesten Schneidstoffen allein ist es noch nicht getan. Denn erst das perfekte Zusammenspiel von Schneidstoff, ausgetüftelter Schneiden-Geometrie sowie durchkonstruiertem und hochpräzise gefertigtem Trägerwerkzeug und optimale Einbettung in die Maschinenumgebung sorgen für die gewünschten Zerspanergebnisse.

Feinstbohrbearbeitung von Motorradzylindern

Am Beispiel aus der Praxis der Feinstbohrbearbeitung von dünnwandigen Motorradzylindern kann aufgezeigt werden, wie sich durch Wechseln von konventionellen Ausdrehköpfen mit VHM-(Vollhartmetall-)Schneiden auf ein anforderungsgerechtes PKD-Sonderwerkzeug die Performance und die Wirtschaftlichkeit drastisch steigern lassen.

Prozesssicheres Feinstbohren an dünnwandigen Teilen

Die Ausgangssituation bei einem Zulieferer von Motorradzylinderbauteilen stellte sich wie folgt dar: für die Serienfertigung von Motorradzylindern aus dem Werkstoff AlSi10Cu3 wurden im Bereich Feinstbearbeitung der Zylinderbohrungen Standard-Ausdrehköpfe mit vier Hartmetallschneiden (zwei Schneiden fest, zwei Schneiden einstellbar) verwendet.

Es ergaben sich immer wieder Probleme bezüglich der Wirtschaftlichkeit und der Qualität, weil die Schnittgeschwindigkeiten und der Vorschub zu langsam waren und auch die Rundheit nicht gewährleistet werden konnte. Folgerichtig wurde nach einer Werkzeug-Alternative gesucht und in dieser Phase kamen die Werkzeug- und Engineering-Spezialisten des Werkzeugspezialisten ins Spiel.

PKD-Feinstbohrwerkzeug in Monoblock-Ausführung

Für die Anwendungstechniker im Bereich PKD-Werkzeuge stellte sich die Problematik wie folgt dar: «Die vorhandenen Ausdrehköpfe mit Hartmetallschneiden konnten bei diesen dünnwandigen Motorradzylindern nur mit eher geringen Drehzahlen bis max. 500 1/min gefahren werden. Dies erlaubte auf Grund der vierschneidigen Ausführung mit gleicher Teilung nur vergleichsweise langsame Vorschübe und brachte weitergehend Probleme mit der Oberflächenqualität sowie der Rundheit mit sich. Deshalb fiel der Entschluss, ein PKD-Feinstbohrwerkzeug mit Durchmesser 97,0 mm in Monoblock-Ausführung mit ungleicher Teilung und mit sieben Schneiden, davon drei im Durchmesser einstellbar, zu bauen.»

Eine weitere Schwierigkeit bestand darin, dass das vorgesehene bzw. verfügbare Horizontal-Bearbeitungszentrum lediglich eine Werkzeugaufnahme HSK-A63 aufwies. Die Werkzeug-Konstrukteure von HAM wählten deshalb als Basis einen Stahlgrundkörper mit Aufnahme HSK-63A in randschichtgehärteter und geschliffener Ausführung. Das Werkzeug mit ungleicher Teilung und ungleicher Zähnezahl wurde wie erwähnt mit sieben PKD-Schneiden bestückt, wovon drei gerade genutet und auch im Durchmesser einzustellen sind.

Ungleiche Teilung und sieben Schneiden

Bereits beim ersten Test bestätigte sich die Richtigkeit des gewählten Werkzeugkonzepts, weshalb für den zweiten Feldtest nur noch geringe Anpassungen erforderlich waren: Reduzierung des Durchmessers durch Abschleifen der festen Schneiden um 0,1 mm; die verstellbaren Schneiden mit einem 45°-Anschnitt versehen und um 0,3 mm zurücksetzen.

Drei Versuchsreihen

In der Folge wurden dann drei Versuchsreihen mit unterschiedlichen Schneidparametern durchgeführt, wobei die gefahrenen Schneidwerte alle erheblich über denen mit den Ausdrehköpfen lagen. Die besten Ergebnisse hinsichtlich Laufruhe, Oberfläche, Rundheit, Bearbeitungszeit und Werkzeugverschleiss brachten die Parameter Schnittgeschwindigkeit vc = 763 m/min, Spindeldrehzahl n = 2500 1/min, und Vorschub vf = 1500 mm/min, wobei das Anbohren mit demselben Werkzeug mit einem Vorschub von vf = 200 mm/min auf die Tiefe z = 5 mm erfolgte.

Der Bearbeitungsprozess Feinstbohren wird unter Einsatz von Emulsionskühlung vorgenommen, wobei die im Werkzeug vorhandene innere Kühlmittelzufuhr (IKZ mit 50 bzw. 80 bar) das Kühlmittel direkt in die Schneidzone bringt. Nach kurzer Einlaufzeit lag die Rundheit durchgängig bei hervorragenden 0,004 mm mit entsprechender Oberflächengüte. Gegenüber der früheren Bearbeitung mit den Ausdrehköpfen mit VHM-Schneiden konnte die Spindeldrehzahl um Faktor 5 erhöht werden, und dies mit dem PKD-Feinstbohrwerkzeug in Monoblock-Bauweise und mit Aufnahme HSK-63A.

Laut Aussage des Kunden liess sich mit dem PKD-Feinstbohrwerkzeug die Schnittgeschwindigkeit erhöhen und damit die Eingriffs- sowie die Durchlaufzeit extrem verkürzen, nämlich von früher 10,6 Sekunden auf heute nur noch 4,8 Sekunden, was mehr als eine Halbierung bedeutet. <<

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