Hochpräzisionsdrehen von Mikrokomponenten Hochpräzisionswerkzeuge für Schweizer Mikroanwendungen

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DIHAWAG

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Fastems Sales Agent: Gennaro Teta (omnino technology)

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Neben den weltbekannten Uhrenmanufakturen arbeiten zahlreiche Schweizer Unternehmen täglich mit Bauteilen, die mit blossem Auge nur schwer zu erkennen sind. Ein Unternehmen davon ist die MPS Micro Precision Systems AG aus Court im Schweizer Kanton Bern. Für die Fertigung der Präzisionsdrehteile setzt der Décolleteur Michael Evalet auf Werkzeugsysteme der Paul Horn GmbH. Neben Varianten des Systems Supermini, kommen bei MPS das Werkzeugsystem S274 der Variante µ-Finish sowie andere Horn-Werkzeuge zum Einsatz.

Aussendurchmesser von 0,3 mm, Einstiche von 0,05 mm und Vorschübe von 2 µm – willkommen in der Welt der Mikrozerspanung. Schrauben für Hörgeräte, Wuchtgewichte für die automatische Armbanduhr oder Kleinstdrehteile für medizinische Baugruppen.

Spantiefen von 0,01 mm

Zum Herstellen solcher Teile benötigt man Know-how, präzise Maschinen und spezielle Werkzeuge. Bei Spantiefen von bis zu 0,01 mm stellen die Anwender sehr hohe Anforderungen an die eingesetzten Werkzeuge.

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Darunter zählen glänzende Oberflächen und eine hohe Masshaltigkeit der Bauteile durch geringen Schnittdruck. Horn hat mit dem μ-Finish-System für die Mikrozerspanung sowie mit weiteren Werkzeugsystemen und Fertigungsprozessen für Langdrehmaschinen passende Lösungen entwickelt.

Hohe Werkzeugschnittigkeit Bedingung

Die Anforderungen an die Werkzeuge zur Mikrozer­spanung mit Langdrehmaschinen sind hoch. Durch die zum Teil sehr geringen Spantiefen müssen die Schneiden sehr scharf sein, um den Schnittdruck so niedrig wie möglich zu halten. Durch die schleifscharfen Schneidkanten steigt jedoch die Gefahr von Mikroausbrüchen.

Schon ein kleiner Ausbruch im Bereich von wenigen µm an der Schneidkante wirkt sich negativ auf die bearbeitete Oberfläche des Werkstücks aus. Des Weiteren spielt die Oberflächengüte der Spanfläche eine entscheidende Rolle. Um Aufbauschneiden entgegenzuwirken, muss die Spanfläche gute Gleiteigenschaften vorweisen. Aus diesem Grund ist sie feinstgeschliffen oder poliert.

Standzeitprobleme mit bisher eingesetzten Werkzeugen

«Vor der Umstellung auf das µ-Finish-System von Horn hatten wir teilweise Probleme mit der Standzeit und Stabilität mit den Werkzeugen zum Langdrehen kleinster Bauteile», erzählt Evalet.

Der Umstieg auf die speziell für die Mikrobearbeitung ausgelegten Horn-Schneidplatten machte Evalet mit Standardwerkzeugen. «Der Start mit den Standardwerkzeugen war nicht leicht, da die Werkzeuge genau zu unseren Drehprozessen und Bauteilen passen müssen», so Evalet. Die Schneidplatten kamen in den ersten Versuchen zum Plan- und Längsdrehen von Uhrenbauteilen mit einem Durchmesser von 0,3 mm zum Einsatz.

«Beim Drehen dieser Durchmesser muss das Zusammenspiel zwischen Maschine, Drehprozess, Schneidplatte und Werkzeugträger genau passen, wenn die Qualitätsanforderungen so hoch sind wie bei MPS», sagt Emmanuel Verthuy (Technischer Berater, Dihawag).

Jetzt: hohe Standzeiten mit Sonderschneidplatten

Horn legte mit Sonderschneidplatten des µ-Finish-Systems nach. «Die Anpassung der Schneidplatten genau nach unseren Wünschen war sofort ein Erfolg. Die Optimierung brachte uns eine höhere Werkzeugstabilität und sehr hohe Oberflächengüten am Bauteil», sagt Evalet.

Darüber hinaus konnten die Schneidplatten die durchschnittlichen Werkzeugstandzeiten beim Langdrehen um 15–20 Prozent steigern. Innerhalb einer Zeit von rund eineinhalb Jahren kommt das µ-Finish-System von Horn nun auf über 30 Maschinen zum Einsatz. «Die Leistung der Werkzeugsysteme hat uns überzeugt. Des Weiteren reagiert Horn innerhalb kürzester Zeit auf die Sonderwünsche von uns», erzählt Evalet. Auch in Zukunft prüft man für weitere Drehprozesse den Einsatz der präzisen Schneidplatte.

Extrem hohe Anforderungen an Schleifgüte

Der Schliff einer scharfen und makellosen Werkzeugschneide erfordert viel Know-how. Schleifscheiben mit feinsten Körnungen, spezielle Schleiftechniken und ein Mikroskop mit 400-facher Vergrösserung sind nötig, damit das Werkzeug im späteren Einsatz die geforderte Leistung bringt. Dabei unterliegt jede gefertigte Charge des μ-Finish-Systems einer 100-Prozent-Kontrolle.

Wichtige Kriterien der Qualitätssicherung sind die eng tolerierte hohe Oberflächengüte der Span- und Freiflächen, die Spitzenhöhe und insbesondere die Schartigkeit der Schneidkante. Hierbei gilt: Optisch erkennbare Unregelmässigkeiten an der Schneidkante sind beim µ-Finish-System schon ausserhalb der Toleranz.

Bietet kein anderes System: maximale Korrektur 0,003 mm

Das Klemmen der Schneidplatten ist ein weiterer wichtiger Punkt bei der Werkzeugauslegung. Bei der Bearbeitung von Drehteilen mit kleinen Durchmessern muss die Spitzenhöhe des Werkzeugs exakt vermessen sein. Schon kleinste Abweichungen in der Spitzenhöhe wirken sich beim Bearbeiten negativ auf die Qualität des Werkstücks aus. Im besten Fall sollte der Maschinenbediener die Wendeschneidplatte drehen können, ohne die Spitzenhöhe neu einstellen zu müssen.

Horn bietet mit dem μ-Finish-System Wechselgenauigkeiten von +/–0,0025 mm beim Drehen der zweischneidigen Platte. Dies ermöglicht der präzise Umfangsschliff der Schneidplatte in Verbindung mit dem stabilen Plattensitz. Darüber hinaus sind die Anlageflächen des Quadratschaft-Werkzeughalters ebenfalls geschliffen, was sich auf die ganzheitliche Präzision des Horn-Systems auswirkt. «Die präzise Spitzenhöhe beim Schneidplattenwechsel hilft uns sehr dabei, die Rüstzeiten zu verkürzen. Wir müssen beim Wechsel maximal 3 µm korrigieren. Das hat man bei keinem anderen System», so Evalet.

Supermini-Ausdrehwerkzeuge ab 0,3 mm

Neben dem prozesssicheren Einsatz des µ-Finish-Systems setzt man bei MPS auch auf das System Supermini. «Speziell beim Ausdrehen von kleinen Durchmessern hat uns die Präzision der Werkzeuge überzeugt», so Evalet.

Zum Einsatz kommen die filigranen Ausdrehwerkzeuge ab einem Innendurchmesser von 0,3 mm. Speziell für die Feinstbearbeitung von Bohrungen bietet Horn die Werkzeuge mit einer feinstgeschliffenen Schneide. In Kombination mit dem Präzisionsschliff des Schneidenprofils zeigt sich die Werkzeugschneide annähernd schartenfrei. Das Werkzeugsystem ist ab einem zu bearbeitenden Innendurchmesser von 0,2 mm einsetzbar. Die scharfe Schneidengeometrie ermöglicht einen prozesssicheren Schnitt auch bei sehr kleinen Zustellungen und Vorschubgeschwindigkeiten. Die speziell entwickelte Beschichtung eignet sich für rostfreie Stähle, Nichteisenmetalle und andere metallische Werkstoffe.

Erfolgreiche Zusammenarbeit

Die Zusammenarbeit zwischen MPS, Dihawag und Horn besteht schon seit einigen Jahren. Zahlreiche Zerspanaufgaben konnte Dihawag mit den Werkzeuglösungen aus Tübingen in dieser Zeit schon lösen. «Besonders haben uns die Reaktionsgeschwindigkeit und die schnelle Lieferung der Werkzeuge überzeugt. Ebenso sind wir mit der technischen Beratung und dem Service sehr zufrieden», so Evalet (böh) SMM

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