Bearbeitung von schwer zerspanbaren Materialien im Mikro-Bereich Drei neue «crazy» Hochleistungswerkzeuge

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Mikron Switzerland AG, Division Tool

GGB Heilbronn GmbH

Fastems Sales Agent: Gennaro Teta (omnino technology)

Mikron Tool – weltweit führend in der Bearbeitung von schwer zerspanbaren Materialien im Mikro-Bereich – präsentierte zur AMB 2024 drei neue Vollhartmetall-Werkzeuge: Einen Hochleistungsbohrer für alle Titansorten und zwei effiziente Präzisionsfräser, die auf filigrane Komponenten zugeschnitten sind. Mikron Tool setzt mit den drei Neuentwicklungen Benchmarks in der Hochleistungs-Mikrozerspanung.

Die «Verrückten von Agno» haben wieder Vollgas gegeben: «CrazyDrill Titanium TN/TK», «CrazyMill Cool CF» und «CrazyMill Cool SF» heissen die jüngsten Hochleistungs-Mikrowerkzeuge der Tessiner Werkzeugschmiede Mikron Tool, die in den letzten 25 Jahren in der Zerspanung diffiziler Werkstoffe Benchmarks gesetzt und mehrere Industrie-Preise für ihre «Crazy Tools» gewonnen hat.

Titan, Chrom-Nickelstähle, Cobalt-Chrom, Inconel & Co.

Die Tessiner Werkzeugspezialisten setzen konsequent auf zwei wesentliche Faktoren im Rahmen ihrer Werkzeug-Neuentwicklungen: Erstens höchste Produktivität bei – zweitens – sehr hohen Standzeiten, fokussiert auf den Mikro-Fertigungsbereich im Bearbeiten von komplexen Materialien wie Titan, Chrom-Nickelstählen, Cobalt-Chrom oder hochwarmfesten Legierungen wie Inconel. Werkstoffe, die typischerweise in der Medizintechnik, Uhrenindustrie bis hin zur Luftfahrt, Automobilindustrie und der chemischen Industrie Einsatz finden.

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Darüber hinaus stehen Aspekte wie geforderte Oberflächengüte und Präzision am Bauteil über die gesamte Lebensdauer der Werkzeuge im Fokus. Apropos Oberflächengüte: Hier wird bei den beiden Hochleistungsfräsern «CrazyMill Cool CF» (Chatterfree) und «CrazyMill Cool SF (Super Finishing) eine besonders hohe Aufmerksamkeit geschenkt. Und die Spanne der möglichen Werkstoffe, die mit den neuen Fräsern bearbeitet werden können, vergrössert sich erheblich; mehr dazu weiter unten.

«CrazyDrill Titanium TN/TK»: Hochleistungs-Mikrobohrer für Titan

Der Mikrobohrer «CrazyDrill Titanium TN/TK» wurde speziell entwickelt zum Bohren aller Titanlegierungen (!) und von Reintitan (!) für den Durchmesserbereich von 0,2 bis 2 Millimeter und für Bohrtiefen von 3 × d und 6 × d. Die Version TK ist bereits ab 15 bar Innenkühlung einsetzbar, ein Hochdruck-Kühlschmierstoff-System ist so nicht zwingend notwendig.

Alberto Gotti (Entwicklungsleiter, Mikron Tool): «Wir haben die Mikro- als auch Makrogeometrien beim ‹CrazyDrill Titanium TN/TK› in der Art ausgelegt, dass er für alle Titanwerkstoffe eine hohe Performance generiert. Das ist alles andere als trivial, da das Zerspanungsverhalten der Titansorten sich untereinander relativ stark unterscheidet. Gleichwohl gibt es aber auch Gemeinsamkeiten beim Zerspanungsverhalten. Genau hier haben wir bei der Entwicklung des ‹CrazyDrill Titanium TN/TK› angesetzt.»

Kritisches Zerspanungsverhalten von Titan

Ein Beispiel: Kritisch beim Bohren von Titan ist, dass sich beim Zerspanen die Randzonen im Zerspanungsbereich elastisch verformen, sozusagen der Werkzeugschneide ausweichen. Dadurch wird der Durchmesser während des Bohrvorgangs wieder verjüngt, was typischerweise zu einer Drehmomenterhöhung und im Worstcase zum Bruch des Bohrers führen kann.

Alberto Gotti: «Dieses Wissen ist matchentscheidend bei der Entwicklung der Mikro- und Makrogeometrien der Bohrer, die auf dieses Werkstoffverhalten zugeschnitten sein müssen, damit die Bohrungen prozesssicher realisiert werden können.»

Titanzerspanung: Hoher Energie- und Wärmeeintrag

Eine weitere Gemeinsamkeit aller Titanlegierungen ist der notwendig hohe Energieeintrag zum Zerspanen von Titan, was letztlich zu einem hohen Wärmeeintrag in der Zerspanungszone an den Hauptschneiden führt, der bei Titan nur ungenügend über die Späne abgeführt werden kann. Hintergrund ist die schlechte Wärmeleitfähigkeit von Titan. Zu hohe Temperaturen an den Schneiden führen zu Mikroausbrüchen und schnellerem Verschleiss der Werkzeuge.

Kühlen, Kühlen, Kühlen

Hier heisst es Kühlen, Kühlen, Kühlen, und/oder Hartmetallsubstrate nutzen, die eine hohe Warmfestigkeit haben. Darüber hinaus ist es ausschlaggebend, eine Hochleistungsbeschichtung zu wählen, die das Hartmetallsubstrat vor zu hohen Wärmeeinträgen schützt.

Betreffend Kühlung setzt Mikron Tool auf ihr patentiertes im Schaft integriertes Kühlsystem, dessen nierenförmige Kühlkanäle bereits ab 15 bar KSS-Druck hocheffizient und zielgerichtet kühlen und für eine sichere Späneabfuhr sorgen.

Die oben genannten Aspekte wurden bei der Auslegung des Mikrobohrers «CrazyDrill Titanium TN/TK» umfassend berücksichtigt. Folgende konstruktiven Merkmale zeichnen die neuen Mikrobohrer «CrazyDrill Titanium TN/TK» aus:

• Eine auf Titan zugeschnittene Spitzengeometrie.

• Ein spezifisch für Titanbohren ausgelegtes Bohreraussenprofil.

• Polierte Nuten für einen sicheren Spänetransport.

• Eine speziell auf Titanwerkstoffe und Bohren ausgelegte Beschichtung.

Damit ist der Hochleistungsbohrer «CrazyDrill Titanium TN/TK» in der Lage, alle Titanlegierungen als auch Reintitan prozesssicher zu bohren. Der «CrazyDrill Titanium TN/TK» bringt maximale Vorschubgeschwindigkeiten, sehr hohe Standzeiten, beste Prozesssicherzeit und letztlich eine sehr hohe Bohrpräzision. Er erweitert die im letzten Jahr lancierte Titanbohrerserie «CrazyDrill Cool Titanium ATC/PTC.

Hochleistungsfräsen mit herausragenden Oberflächengüten bis Schleifqualität

Im Bereich Fräsen wurden zwei neue Hochleistungsfräser entwickelt. Zum einen der «CrazyMill Cool CF» Chatterfree und zum anderen der Super-Finishing-Fräser «CrazyMill Cool SF». Ein Hauptziel bei der Entwicklung dieser Fräser war es, bei filigranen Bauteilen die gefräste Oberflächengüte in extrem hoher Qualität zu fräsen. Anwendungen solcher Bauteile sind im Bereich der Medizin-, Luftfahrt- und Uhrenfertigung an der Tagesordnung.

Beide Fräser wurden mit spezifisch ausgelegten Makro- und Mikrogeometrien konzipiert, die Schwingungen im Fertigungsprozess konsequent unterdrücken. Die Hauptschneiden wurden in der Art ausgelegt, dass sie über einen extrem weichen Schnitt verfügen. Doch das ist noch nicht alles. Um Resonanzfrequenzen im Fräsprozess konsequent zu vermeiden, verfügen beide Hochleistungsfräser «CrazyMill Cool CF und SF» über ungleiche Zahnteilung. Hinzu kommen unterschiedliche Drallwinkel der einzelnen Schneiden.

Alberto Gotti: «Bei filigranen Bauteilen wie Knochenplatten, Uhrenkomponenten oder Luftfahrtbauteilen mit schmalen, auskragenden Stegen können Resonanzfrequenzen während des Fräsprozesses entstehen. Dadurch wird der Fräsprozess massiv behindert. Um das beim Fräsprozess zu vermeiden, müssen wir eine Asymmetrie in die Fräsergeometrie integrieren, die Resonanzen unterbindet. Hierfür wenden wir mathematische Modelle an, mit denen wir die idealen Teilungswinkel und die variablen Drallwinkel der Schneiden bestimmen. Letztlich muss aber auch unsere Produktion in der Lage sein, die komplexen Geometrien in Serie zu schleifen.»

«CrazyMill Cool CF»: Hochleistungsfräsen von filigranen Bauteilen

Beim «CrazyMill Cool CF» handelt es sich um einen Hochleistungs-Mikrofräser, ausgelegt auf ein sehr hohes Zeitspanvolumen. Dessen Leistungen können auch bei sehr anspruchsvollen, filigranen Bauteilstrukturen abgerufen werden, inklusive der Generierung herausragender Oberflächen ohne Rattermarken. Um solche Ergebnisse zu erzielen, arbeitet die neueste Fräsergeneration mit geringsten Schnittdrücken und völlig vibrationsfrei.

Mit seiner spezifischen Schneidgeometrie und unter Anwendung eines dynamischen Fräsprozesses ist er der ideale Fräser für filigrane, dünnwandige Teile oder für Teile in instabiler Aufspannung. Insbesondere im Bereich der Medizintechnik (Knochenplatten) als auch in der Luftfahrt (Strukturbauteile) sowie der Uhrenindustrie ist der Bedarf gross. Aber auch Nuten, Taschen oder andere volumenstarke Bearbeitungen führt der «CrazyMill Cool CF» effizient, präzise und mit höchster Laufruhe aus.

Verfügbar ist der Fräser ab sofort im Durchmesserbereich von 1 bis 8 Millimetern in zwei verschiedenen vollen Schnittlängen (3 × und 4 × d).

«CrazyMill Cool SF»: Superfinishing bis Ra 0,3 µm

Mit dem «CrazyMill Cool SF» wurde ein Superfinishing-Fräser entwickelt, der Fräsoberflächen auf ein Schleif- bzw. Polier-Qualitätsniveau bringt. Auch der «CrazyMill Cool SF» wurde mit den oben beschriebenen Makro-Geometrien ausgelegt. Darüber hinaus verfügt er über einen sehr flachen Drallwinkel.

Alberto Gotti: «Durch den flachen Drallwinkel werden die radialen Schneidkräfte erheblich reduziert. Die axialen Schneidkräfte nehmen dagegen zu. Das wirkt sich vorteilhaft auf die resultierenden Zerspanungskräfte aus, die am Werkstück angreifen und sich darüber hinaus auch auf die Auslenkung des Fräsers positiv auswirken und zu einem sanften Schnitt führen. Das Ergebnis ist ein extrem ruhiger Fräsprozess, praktisch schwingungsfrei. Wir erzielen Oberflächen mit einer Rauheit kleiner als Ra 0,3, parallel und senkrecht zur Fräsrichtung gemessen. Das ist sensationell. Für die Anwender bedeutet das, dass die nachfolgenden Finishbearbeitungen, wie Schleifen oder Polieren, entweder komplett entfallen oder erheblich geringerem Aufwand bedürfen.»

Der «CrazyMill Cool SF» ist im Durchmesserbereich von 1 bis 8 mm und in zwei vollen Schnittlängen von 3 × d und 4 × d erhältlich. Dieser neue Super-Schlichtfräser hat die perfekten Zutaten, um eine erstaunliche Oberflächenqualität zu erreichen: das Hartmetallsubstrat, das hocheffiziente Kühlkonzept, die perfekte Schneidkantenbehandlung, der variable Drallwinkel, die ungleiche Zahnteilung etc.

Extrem ruhiges Fräsverhalten

Aufgrund des extrem ruhigen Fräsverhaltens der beiden Hochleistungsfräser sind die Standzeiten gegenüber dem Benchmark massiv angestiegen. Alberto Gotti: «Beim «CrazyMill Cool CF» kann ein sehr hohes Zeitspanvolumen generiert und gleichzeitig eine exzellente Oberfläche am Werkstück erzielt werden. Der «CrazyMill Cool SF» ist als Schlichtfräser ausgelegt, hier liegt unser Fokus auf schnellstem Oberflächenfinishing. Auch hier zeigt sich aufgrund des extrem ruhigen schwingungsfreien Fräsverlaufs ein enormer Standzeitgewinn gegenüber klassisch ausgelegten Fräsergeometrien.»

Auch für Messing, Kupfer, Cobalt-Chrom, Inconel

Die ersten Versuche im Technologiezentrum der Mikron Tool zeigten, dass der «CrazyMill Cool SF» auch in Bleifrei-Messing, Kupfer, Cobalt-Chrom und Inconel ausgezeichnete Oberflächengüten generiert. Bei allen oben genannten Materialien konnten mit dem «CrazyMill Cool SF» Ra-Werte unterhalb von 0,3 µm erzielt werden.

Auf der AMB konnten sich die Besucher und Besucherinnen am Stand der Mikron Tool ein Bild der jüngsten Entwicklungen machen und auch Testwerkstücke in Augenschein nehmen. Und die «Verrückten von Agno» freuten sich wie immer über einen Besuch von Anwendern, die auf der Suche nach «crazy» Fertigungslösungen sind.

AMB 2024

AMB 2024 zeigt Potenzial und Zukunft der Fertigungstechnik

(böh)

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