Innovationsforum Fertigung 2019: Mikron Tool SA Über den Prozess zum Werkzeug

Ein Bohrer, ein Fräser, eine gute Strategie und abgestimmte Parameter, das sind die Faktoren für eine deutliche Effizienzsteigerung beim Bearbeiten von medizinischen Schrauben aus Titan oder rostfreiem Stahl. Mikron Tool hat eine schlüsselfertige Lösung entwickelt, welche die Bearbeitung von Innensechsrund (besser bekannt unter dem Namen Torx^®) gleichzeitig um 50% schneller macht, eine hohe Masshaltigkeit des Profils garantiert und ein nahezu gratfreies Resultat liefert.

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Rhenus Lub GmbH & Co KG

KIPP SCHWEIZ AG

Mikron SA Agno

Jährlich werden 900 Mio. medizinische Schrauben produziert, Tendenz steigend, da zählt jede Sekunde Zeiteinsparung. Der grösste Teil dieser Schrauben werden auf Landrehautomaten gefertigt, auf einer Spindel das Gewinde, auf der Gegenspindel die Torx-Form. Dieser Prozess ist meist langsamer und bestimmt die Taktzeit. Bei jeder Sekunde Zeiteinsparung gewinnt deshalb der Produzent: Zeit und Geld. Mit dem Hexalobe-Programm bietet Mikron Tool eine schlüsselfertige Lösung an, ein Paket aus Strategie, Werkzeug und den passenden Parametern.

Titan oder Inox?

90% aller medizinischen Schrauben sind aus Titan oder rostfreiem Stahl. Diese Materialien unterscheiden sich in ihrem Zerspanungsverhalten, sodass sie getrennt zu betrachten sind. Besonders Titan mit seiner hohen Elastizität führt zu einer hohen Schneidenbelastung und verlangt deshalb eine andere Zusammensetzung beim Hartmetall. Unterschiedlich sind auch die Bearbeitungsprozesse: Während das Fräsen von Titan mit Spiralinterpolation oder seitlichem Fräsen möglich ist, empfiehlt Mikron Tool bei rostfreien Stählen nur das Wandungsfräsen. Auch wenn dieser Prozess etwas mehr Zeit beansprucht.

Die Strategie

Eine gut durchdachte Strategie ist von Anfang an in die Entwicklung einzubeziehen, denn die Auslegung der Werkzeuge hängt massgeblich von ihrem Einsatz ab. Als besonders effizient hat sich das Vorgehen erwiesen, welches auch mit einem Minimum an Werkzeugen auskommt: Stufenbohren mit Anfasen – Fräsen des Innensechsrund – abschliessendes Entgraten. Andere Strategien wie das Vorbohren der sechs äusseren Durchmesser und des Zentrums mit anschliessendem Fräsen und Entgraten stellte insbesondere für die Prozesssicherheit der Mikrobohrer für Titan einen echten Stolperstein dar. Der Fräsprozess, im gewählten Vorgehen die zeitintensivste Operation kann (bei Titan) entweder mittels Spiralinterpolation (Steigung max. 0.8xd) oder Wandungsfräsen (Zustellung max. 0.5xd) durchgeführt werden. Jedes Vorgehen hat Vor- und Nachteile: Bei der Spiralinterpolation entsteht am Fräser nur eine kleine seitliche Belastung (Fx), da gleichzeitig auch eine vertikale Kraft wirkt (Fz). Dafür ist mit einer höheren Belastung der Schneidecken zu rechnen, welche deshalb geometrisch verstärkt wurden. Generell ist dieser Vorgang flüssiger und auch schneller. Beim Wandungsfräsen erreicht man die Gesamttiefe über mehrere Stufen, da pro Durchgang nur mit zwei Achsen gearbeitet wird. Die seitliche Zustellung bleibt über den ganzen Vorgang unverändert, allerdings ist hier die radiale Belastung des Fräsers grösser.

Aus vier mach zwei

Die vier Operationen (Bohren - Anfasen – Fräsen – Entgraten) sind in drei Schritten mit zwei Werkzeugen zu bewältigen. Der Kombibohrer bringt sowohl die zentrale Bohrung wie auch eine Fase von 120° an, mit einer Oberflächenqualität von Ra 0.2µm und Rz 0.8 µm. Nach dem Fräsen der definitiven Form wird er nochmals eingesetzt, er sorgt nun für eine nahezu gratfreie Oberfläche. Der Fräser zeichnet sich aus durch eine hohe Steifigkeit, um massive Vorschübe und Zustellungen zu ermöglichen und gleichzeitig die notwendige Profilmasshaltigkeit zu garantieren. Die hohe Zustellung / Steigung sorgt zusammen mit der speziellen Geometrie für eine exzellente Oberflächengüte.

Ein Werkzeug zum Bohren und Fräsen auf kleinstem Raum

Prozesssicher bohren und fräsen mit einem Werkzeug

Augenmerk auf die Qualität

Neben einer effizienten Bearbeitung mit einer kurzen Bearbeitungszeit und langen Standzeit der Werkzeuge, ist das Resultat in Sachen Qualität ein zentraler Faktor. Die Toleranzen sind sehr eng gesetzt und auf jeden Fall einzuhalten, damit Profilmasshaltigkeit und Wandungs-Rechtwinkligkeit des Innensechsrund von der ersten bis zur letzten gefertigten Schraube respektiert werden. «Ein ideales Vorgehen für jeden Fall gibt es nicht», bestätigt der Entwicklungsleiter Alberto Gotti. «Wenn auch dieses schlüsselfertige Programm mit einer Kombination von Werkzeugen und Empfehlungen zu Strategie und Parametern dem Anwender viel Unterstützung bietet, ist er dennoch gefordert, sein Gleichgewicht zwischen einer möglichst effizienten Bearbeitung und einer hohen Präzision und Qualität zu finden.» Die ersten Erfahrungen mit den neuen Werkzeugen CrazyDrill und CrazyMill Hexalobe auf einem Langdrehautomaten von DMG MORI Sprint 32/8 zeigten, dass die Zykluszeit im Vergleich zu anderen Werkzeugen um 50 bis 60% reduziert werden kann und bei hohem Vorschub (0.03mm/U pro Zahn) gleichzeitig eine hohe Oberflächengüte erreicht wird. Ein vielversprechendes Resultat! SMM

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