Elgan: Schneidmittel für Siliziumnitrid-Keramik Keramikwerkstoffe produktiver bearbeiten

Redakteur: Konrad Mücke

Harte Werkstoffe, wie die Nichtoxid-Keramik Siliziumnitrid (Si3N4), zu bearbeiten, stellt besondere Forderungen an die Werkzeuge und die Prozesse. Deutlich produktiver arbeiten Fertigungsbetriebe nun mit einem von Elgan Diamantwerkzeuge GmbH & Co. KG in Nürtingen verwirklichten Schneidmitttel.

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Effizient: Mit ihrem Flächenkontakt sorgen Honleisten aus Diamant und CBN in Verbindung mit dem nunmehr vorgestellten, selbstschärfenden Schneidmittel für hohe Abtragsraten.
Effizient: Mit ihrem Flächenkontakt sorgen Honleisten aus Diamant und CBN in Verbindung mit dem nunmehr vorgestellten, selbstschärfenden Schneidmittel für hohe Abtragsraten.
(Bild: Klaus Kerth / Elgan)

Die technische Keramik Siliziumnitrid ist besonders bruchzäh. Sie ist hochwärmebeständig und dehnt sich nur minimal bei steigenden Temperaturen. Deshalb nutzt man Siliziumnitridkeramik für zahlreiche Bauteile in der Energieerzeugung, in der Antriebstechnik, im Maschinenbau, in der Labor- und Medizintechnik. Beispielsweise bestehen die Wälzkörper von Hybridlagern aus Siliziumnitridkeramik. In speziell durch hohe Temperaturen oder durch chemische Korrosion belasteten Anwendungen setzt man auch vollständig aus Keramik bestehende Wälzlager ein. Neben ihrer besonderen Beständigkeit bieten diese Wälzlager den Vorteil, besonders geräuscharm zu arbeiten. Davon profitieren unter anderem Antriebe in der Medizintechnik sowie zunehmend in der Elektromobilität.

Langwierig bearbeiten

Trotz dieser Vorteile werden Bauteile aus Keramik bisher nur zögerlich eingesetzt. Ursache dafür ist die aufwendige Bearbeitung. Übliche Schneidmittel verlieren innerhalb kurzer Zeit ihre Fähigkeit, effizient zu schneiden. Deshalb müssen die Bearbeitungsprozesse häufig unterbrochen werden, um die Schneidmittel zu wechseln. Das steht natürlich einer wirtschaftlichen Bearbeitung entgegen. Kurze Taktzeiten sind nicht zu verwirklichen. Die Produktivität ist mit der üblichen beim Fertigen metallischer Bauteile nicht vergleichbar.

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Selbstschärfende Schneidkörner

Zum effizienten Bearbeiten von Siliziumnitridkeramik hat nun die Nürtinger Elgan Diamantwerkzeuge GmbH & Co. KG ein spezielles Schneidmittel entwickelt. Der Schneidstoff wird metallisch gebunden. Die Korngrössen, das Kühlmittel und die Schnittdaten werden individuell auf die zu bearbeitenden Bauteile und die Prozessbedingungen abgestimmt. Die Parameter werden so optimiert, dass sich die Schneidkörner im Verlauf des Bearbeitungsprozesses selbst schärfen. Das ist erstmals beim Bearbeiten von Siliziumnitridkeramik gelungen. Thomas Witt, Teamleiter Schneidmittelentwicklung beim Nürtinger Diamantwerkzeughersteller, erklärt dazu: «Die Besonderheit unserer neuen Schneidmittel für die Siliziumnitrid-Bearbeitung besteht in einer konstant bleibenden Performance.» Fehlt dieser Effekt, flachen die Schneidkörner ab. Sie tragen kaum mehr Werkstoff ab. Das Schneidmittel muss gewechselt werden.

Produktiv honen

Die Schneidmittel stehen aktuell für Werkzeuge zum Innen- und Aussenbearbeiten zur Verfügung. Die vom Nürtinger Hersteller verwirklichten Honprozesse erreichen mehrere Zehntelmillimeter Bearbeitungstiefe. Das sorgt für hohe Abtragsraten. Das Verfahren ist somit produktiver als Schleifen. Die üblicherweise zum Bearbeiten von Keramik eingesetzten Schleifscheiben arbeiten im Linienkontakt am Werkstück entlang. Die von Elgan verwirklichten Honverfahren nutzen dagegen einen Flächenkontakt. Die Schneidleisten aus Diamant oder CBN sind mehrere Millimeter breit. An einem Werkzeug befinden sich meist mehrere davon über den Umfang verteilt. Deshalb können sie höhere Abtragsraten als Schleifscheiben erreichen und deutlich produktiver arbeiten.

Komplette Anlagen und Verfahren

Als ein Unternehmen der Unternehmensgruppe Nagel kann Elgan auch komplette Produktionsanlagen verwirklichen. Anwender erhalten sorgfältig aufeinander abgestimmte Schneidmittel, Werkzeuge und Bearbeitungsmaschinen aus einer Hand. Die Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik GmbH in Nürtingen entwickelt Bearbeitungszentren zum Honen und Superfinishen. Auf ihnen lassen sich auch Bauteile aus Siliziumnitridkeramik bearbeiten. Dazu werden die Bearbeitungsparameter individuell auf die Besonderheit der Werkstücke abgestimmt. «Wir bieten ein Komplettpaket an, das exakt auf den Anwendungsfall und die zu fertigenden Serien zugeschnitten ist», erläutert dazu Thomas Witt. - kmu - SMM

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