Neues aus der Welt der Schweizer Zerspanung Starkes 14. Zerspanungsseminar 2022 – Rückblick Teil 1

Von Matthias Böhm, Chefredaktor SMM

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Mit 150 Besuchern konnte das 14. Zerspanungsseminar im Mai in Olten und Lausanne (120 Teilnehmer) wieder real stattfinden. Mit 16 Vorträgen ging es – wie immer beim Zerspanungsseminar – gezielt in die Zerspanungsprozesse und wie sie optimiert werden können: Standzeit, Prozesssicherheit, Schnittwertsteigerung, Prozessintegration. Vom Kompetenzspektrum her treffen sich am Zerspanungsseminar Fertigungsspezialisten, die wissen, dass an der Schneide das Geld verdient wird.

100 Prozent Zerspanung: Mit 150 Besuchern konnte das 14. Zerspanungsseminar im Mai in Olten (Bild, 150 Teilnehmer) und Lausanne (120 Teilnehmer) wieder real stattfinden.
100 Prozent Zerspanung: Mit 150 Besuchern konnte das 14. Zerspanungsseminar im Mai in Olten (Bild, 150 Teilnehmer) und Lausanne (120 Teilnehmer) wieder real stattfinden.
(Bild: Matthias Böhm)

Das 14. Zerspanungsseminar konnte im Mai 2022 endlich wieder mit der vollen Breitseite der fertigungstechnischen Prozesse aufwarten. Folgende Themen wurden am 14. Zerspanungsseminar in Olten an 16 parallel verlaufenden Vorträgen abgedeckt:

  • Drehprozesse
  • Fräsprozesse
  • Werkzeugbeschichtungen
  • Schleifprozessintegration auf Bearbeitungszentren
  • Werkzeugbeschichtungen
  • Mikro- und Makro-Werkzeuggeometrien
  • Werkzeugspannmittel

Und das gleich vorab: direkt am Span liegt nach wie vor ein erhebliches Innovationspotential, welches aufgrund neu entwickelter Werkzeugtechnologien relativ schnell und einfach in den gesamten Fertigungsprozess integrierbar ist und sofort abgerufen werden kann. Was das im Einzelnen bedeutet, lesen Sie auf den folgenden Seiten.

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Mikron Tool: Perfektioniert für Titanlegierungen

Mikron Tool, der Werkzeughersteller, der in den letzten 20 Jahren neue Standards im Bereich der Hochleistungszerspanung schwierigster Werkstoffe gesetzt hat, fokussiert sich in seinem Vortrag spezifisch auf die Bearbeitung von Titan. Beim Zerspanvorgang kommt die zäh-elastische Eigenschaft von Titan zum Tragen. Eine hohe Scherkraft führt zu einer hohen mechanischen Schneidenbelastung, die Späne schiefern sich auf, verkleben und sind oft langspanig. Aus diesem Grund muss unter anderem eine speziell entwickelte Schneidgeometrie für Titan entwickelt werden, um den Schneiddruck signifikant zu reduzieren.

Doch Titan ist nicht gleich Titan. Nach Dr. Alberto Gotti geht es definitiv darum, Hochleistungsbohrer spezifisch auf die jeweiligen Titanlegierungen hin auszulegen, um ein Optimum an Leistungsfähigkeit zu bringen.

Konkret wurden seitens Mikron Tool die beiden Titanbohr-Reihen «Crazy Drill Cool ATC» (bis 10 × D) für legiertes Titan und «Crazy Drill Cool PTC» (bis 6 × D) für Reintitan entwickelt. Warum zwei unterschiedliche Bohrsysteme für Titanwerkstoffe? Das liege laut Alberto Gotti am unterschiedlichen Zerspanungsverhalten der Titanlegierungen von Grade 1 bis Grade 5. Dank der auf die jeweiligen Titansorten hin entwickelten Crazy-Drill-Bohrer können Schnittwerte von vc = 60 m/min realisiert werden. Die Vorschübe liegen bei f = 0,02 (D = 2,0 mm) bis zu f = 0,12 (D = 4 mm).

Das sind Spitzenwerte, die derzeit den Stand der Technik widerspiegeln. Als Bohr-Beispiel in Ti-6Al-4V mit einem «Crazy Drill Cool ATC» 2,0 mm konnten 2728 Bohrungen mit 10 × D Bohrtiefe gefertigt werden. Die 20 mm Bohrtiefe wird in einem Schuss realisiert. Hier spielen die Schneidgeometrien eine entscheidende Rolle, um die Späne prozesssicher zu brechen. Eine für diese kleinen Durchmesserbereiche patentierte KSS-Kanalstruktur sorgt für einen hohen KSS-Volumenstrom, um die Späne ohne Spänestau aus der Schnittzone zu befördern. Polierte Spannuten sind ein Muss. Letztlich sind sowohl die Mikro- als auch die Makrogeometrien auf den zu zerspanenden Werkstoff abgestimmt. Hinzu kommt eine für die Titanlegierungen und Mikrobohrer spezifisch entwickelte Beschichtung. Das Ergebnis sind Hochleistungsprozesse mit extremen Schnittdaten, um hochgradig prozesssicher Titan und seine Legierungen zu zerspanen.

Alesa: Sägen in Bearbeitungszentren

Alesa ist bekannt für die hoch positiven Schneidgeometrien seiner Fräswerkzeuge, die für einen weichen Schnitt und geringere Zerspankräfte sorgen. Der Werkzeughersteller präsentierte neu entwickelte Säge-Werkzeuge. Solche Werkzeuge sind zum einen zum Fertigen von tiefen, schlanken Nuten oder aber zur Herstellung hochpräziser Trennschnitte auf Bearbeitungszentren und Dreh-Fräszentren ein nicht mehr wegzudenkender Prozessschritt. Martin Wyrsch, Produktmanager Alesa AG, zeigte auf, wie mit spezifisch weiterentwickelten Sägewerkzeugen höhere Leistungsdaten resultieren.

Auf die «perfekte» Sägezahn-Geo­metrie angesprochen antwortet Martin Wyrsch: «Es ist eine Herausforderung, den besten Kompromiss zu finden. Eine hohe Produktivität kann erreicht werden mit einer Zahnform, bei der jeder Zahn vollwertig für den Vorschub gerechnet werden kann, wie A+ oder BS. Die Prozesssicherheit wird durch einen seitlichen Freischliff und Kantenbruch positiv beeinflusst. In Verbindung mit der optimalen Kühlmittelzuführung und modernen Schichtsystemen wie TiNOX werden das Verschleiss­verhalten sowie die Standzeit an die Spitze gebracht.»

VHM-Schäfte reduzieren Schwingungen

In spezifischen Fällen werden VHM-Schäfte eingesetzt, das hat nach M. Wyrsch seine besondere Bewandtnis: «In Verbindung mit einem höheren Kobaltgehalt und grobkörnigeren Wolframkarbidkörnern zeigen unsere VHM-Aufnahmen ein ausgezeichnetes Dämpfungsverhalten, das am besten zur Anwendung der ‹Nutex Star›-Sägen passt.»

Beim Schaft komme ein völlig anderes VHM zum Einsatz als bei den eigentlichen Sägewerkzeugen, weil die Funktionen (Schaft – Schneide) komplett unterschiedlich seien. «Durch die ‹Nutex Star›-Schnittstelle können wir bei den Sägen ein optimales Hartmetall als Schneidwerkzeug (hohe Zerspanleistung, gute Standzeit) und für den Schaft eine Hartmetallqualität mit sehr guten Dämpfungseigenschaften verwenden.»

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Die von Alesa entwickelte kraft- und formschlüssige Schnittstelle reduziert nochmals die Schwingungsanfälligkeit. Und sie reduziert die Kosten beim Ersatz des Schneidwerkzeuge. M. Wyrsch: «Die sieben Mitnahmenocken ergeben eine sehr gleichmässige Verteilung und Übertragung der Schnittkräfte und Spannungen in die Kreissäge. Die Erkenntnisse der Schnittkräfte beim Sägen und die grossen Reserven, welche wir in der Schnittstelle haben, bringen eine wiederholbare Rundlauf- und Planschlag-Genauigkeit.»

Eskenazi: Bedeutung der Kühlung – Des Pudels Kern I

Eine Mikrofräser-Neuentwicklung wurde von Gallus Zosso, Technical Consultant, Eskenazi SA, vorgestellt. Er zeigte im Gene­rellen auf, welche Bedeutung die Schmierung direkt an der Schneide hat, auch bei Mikrowerkzeugen. Die Firma entwickelte in einem Forschungsprojekt ein neues Kühlkanalsystem und legte den Kühlkanal zentrisch im Werkzeug, hierbei wird während der Rohlingphase des VHM-Werkzeugs ein Sackloch bis kurz vor der Fräserspitze mittels Extrusion hergestellt. Die Seitenkanäle werden anschlies­send mittels Laserverfahren prozess­sicher gelasert. Der Laserbohrprozess musste sehr spezifisch an das Substrat wie auch die Querschnittsgrösse der Bohrung angepasst werden: Impulsdauer, Impulsfrequenz, Leistungsstärke, Wellenlänge und die Anpassung der Frequenz. Die Durchmesser der Kühlkanäle der Mikrofräser bewegen sich zwischen 0,05 und 0,3 mm. Der benötigte KSS-Druck liegt zwischen 20 und 100 bar. Auch im Zusammenhang mit überkritischem CO2 zeigten die Werkzeuge ein ausgezeichnetes Standzeitverhalten. Seit April 2022 werden Werkzeuge mit Schaftdurchmessern von 3 mm in Serie hergestellt. Ab Herbst 2022 werden weitere Werkzeuge bis 6 mm Schaftdurchmesser folgen.

Dixi Polytool: Bedeutung der Kühlung – Des Pudels Kern II

Auch bei Dixi Polytool haben sich die Entwicklungsingenieure spezifisch mit der Kühlung beschäftigt. Herausgekommen ist ein Werkzeugsystem, das erhebliche Verbesserungen gegenüber bisherigen Werkzeuglösungen erzielt.

Mit der Innenkühlung durch die Spindel und das «Cool+ System» verfügen die Fräswerkzeuge über eine integrierte Kühlung, die den KSS unabhängig von der Werkstückform oder der Position der Werkzeuge besonders effizient und produktiv steuert und beschleunigt, ganz im Gegensatz zu einer Aussenkühlung

Mit dem «Cool+ System» ist eine intensive Kühlung möglich, nicht zuletzt, weil die Fluid-Geschwindigkeit höher ist, laut Hersteller minimal «Faktor zwei». Aufgrund der gezielten KSS-Zuführung entsteht im Zerspanungsbereich eine kleinere Reibzone, die wiederum niedrigere Schnitt-Temperaturen wie auch geringere Schnittkräfte zur Folge hat. Darüber hinaus ergeben sich durch das höhere KSS-Volumen/Zeit im Schnittbereich eine effizientere Kühlwirkung und letztlich ein effizienteres Entfernen von Spänen. Ein letzter wichtiger Punkt, der noch zu erwähnen ist: bei der Variante der aussen gekühlten Werkzeuge ab 20 000 U/min ist die Kühlung noch weniger effizient, sie wird durch den Luft-Ring, der sich um das rotierende Werkzeug bildet, weggedrückt. Bei «Cool+» wird Medium mit dem Werkzeug in Rotation versetzt und erreicht auch bei hoher Rotation den Bearbeitungsbereich.

Doch nicht nur im Bereich Kühltechnologie wurden die Fräser weiterentwickelt, auch der Stirnschliff wurde neu konzipiert. Bei den neuen Fräswerkzeugen Dixi 7353 und «Cool+» mit symmetrischem Stirn­schliff sind die Belastungen auf die Schneiden beim Eintauchen gegenüber asymmetrischen Stirnschneiden geringer. «Ohne den symmetrischen Stirnschliff wird zu viel Druck im Zentrum und an den Schneidkanten beim Eintauchen erzeugt. Der Vorteil des symmetrischen Stirn­schliffs sind die stabileren Schneiden», so Orhan Tulgar, Verkaufsingenieur, Dixi Poly­tool S.A.

Oerlikon Balzers: Dünne Schichten mit grossen Vorteilen

Ein weiteres Puzzle-Teil der Hochleistungszerspanung ist die Beschichtungstechnologie. Dass eines der bedeutendsten Beschichtungsunternehmen seine Forschung und Entwicklung in Liechtenstein betreibt, ist kein Zufall, kumulieren sich doch im DACH-Raum Werkzeughersteller wie kaum in einer anderen Region weltweit.

Die Beschichtung im Werkzeugbereich hat ein spezifisches Aufgabenprofil. Zum einen soll sie das Werkzeug sowohl vor abrasivem als auch adhäsivem Verschleiss schützen und schliesslich auch einen Schutz vor zu hohen Temperaturgradienten bieten, da das Hartmetallsubstrat oberhalb von 600 °C verstärkt verschleiss­anfällig ist.

Wie die Schicht entsprechend konzipiert werden muss, hängt unter anderem davon ab, ob adhäsiver oder abrasiver Verschleiss im Zerspanungsprozess vorherrscht. Handelt es sich vornehmlich um abrasiven Verschleiss, ist eine kolumnar aufgebaute Beschichtung ideal. Bei vorwiegend adhäsivem Verschleiss sollte die Schichtmorphologie fein, das heisst nicht kolumnar, ausgeprägt sein. Die von Oerlikon Balzers entwickelten Beschichtungstechnologien können die Schichtmorphologie dem geforderten Einsatz entsprechend aufbauen.

Hochleistungsschichten verdoppeln die Standzeiten

Titan, Legierungen auf Nickelbasis, Edelstahl und gehärteter Stahl bringen Werkzeuge für die Zerspanung an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit. Damit sehen sich Branchen, in denen diese Materialien immer häufiger zum Einsatz kommen – Formenbau, Luftfahrt, die 3C-Industrie (Computer-, Kommunikations- und Unterhaltungselektronik) – mit neuen Herausforderungen konfrontiert. Für genau dieses Werkstoffspektrum hat Oerlikon Balzers das Beschichtungssystem «Balinit Tisa­flex» entwickelt, da es sich über eine hohe Oxidationsbeständigkeit und thermische Stabilität auszeichnet. Im Bereich von Nickel­basis- wie auch Edelstahllegierungen könnten die Schichten doppelte Standzeiten generieren, sagt der Hersteller.

Diamantbeschichtungen für Keramik und Composite

Für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen bekommen Diamantbeschichtungen einen immer höheren Stellenwert. Das neue Diamantschicht-Portfolio von Oerlikon Balzers ist in zwei Gruppen unterschiedlicher Grundwerkstoffe unterteilt. Die erste enthält Beschichtungen für das Bearbeiten von hochabrasiven kompaktierten und gesinterten Werkstoffen wie Graphit im Formenbau und Keramiken für den Dentalbereich. Die Schichten «Baldia Compact» und «Baldia Compact DC» erzielen für diese Anwendungen entsprechend gute Zerspanungsleistungen.

Die zweite Gruppe – «Baldia Nano» und «Baldia Composite DC» – wurde für faserverstärkte Kunststoffe, Stack-Materialien und hochabrasive Aluminiumlegierungen entwickelt, die in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie eingesetzt werden.

Dropless-Diamant-Beschichtung

Auch das Unternehmen Argor-Aljba hat sich auf Diamantbeschichtungen spezialisiert und die Filterlichtbogen-Verdampfungstechnologie durch die patentierte Dropless-Technologie optimiert. Das Ergebnis ist eine glatte und sehr harte Oberfläche (bis 7000 HV) mit hervorragender Haftung auf dem Substrat. Die glatte Werkzeugoberfläche (Ra 0,01 μm) bringt einen tiefen Reibwert (0,1). Daraus wiederum resultiert eine spezifische Antihaft­eigenschaft, die die Bildung von Aufbauschneiden verhindert. In Versuchsreihen beim Trockenbearbeiten von AlMg2.5 und AlCu4.5Si12 konnte die Oberflächenrauheit um je 75% reduziert werden.

Zudem konnte durch die Dropless-Technologie die Lebensdauer der Werkzeuge erheblich verbessert werden. Durch die geringere Reibung an der Spanfläche ergibt sich ein besserer Spänefluss und eine bessere Oberfläche. Gegenüber einer Mitbewerber-DLC-Beschichtung konnte die Standzeit vervierfacht werden. Die DLC-​Beschichtungen sind ausgelegt für Schneidwerkzeuge zum Drehen, Fräsen, Bohren, Senken bis hin zum Aufbohren von NE-Werkstoffen. Sowohl Hartmetall- als auch Keramik-Mikrowerkzeuge können mit den DLC-Schichten beschichtet werden.

Teil 2 im SMM 11, Jahreshauptausgabe

So weit der erste Teil des Rückblicks zum 14. Swissmem-Zerspanungsseminar. In Teil 2 im SMM 11 werden wir über Werkzeugspannung, Werkzeug-Kantenverrundungen und Spankontrolle bis hin zu integrierten Schleifprozessen in Fräsmaschinen berichten. SMM

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