Innovationsforum Fertigung 2019: Paul Horn AG Wirbeln und Stossen für die Medizintechnik

Die Paul Horn GmbH stellt mit dem Jet-Wirbeln ein innengekühltes Wirbelverfahren vor, was einen weiteren Meilenstein in der Wirbeltechnik darstellt. Das Unternehmen verfügt nicht nur für die Gewindefertigung über ein enormes Know-how, sondern auch bei der Bearbeitung der Schraubenköpfe, deren Geometrien mittels Stossen hergestellt werden können.

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

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Hohe Zerspanraten, lange Gewinde mit höchsten Oberflächengüten, tiefe Gewindeprofile, kurze Späne, mehrgängige Gewinde und geringe Werkzeugbelastungen sind wichtige Vorteile des Wirbelprozesses. Neben den genannten Vorteilen stehen dem Anwender aber auch technische Herausforderungen gegenüber.

Ein wichtiger Aspekt sind die eingesetzten Werkstoffe für die Knochenschrauben. Die Werkzeugschneiden der Wirbelplatten sind bei der Zerspanung von Titan, nichtrostenden Stählen und anderen Superlegierungen sehr hohen Belastungen ausgesetzt. Um dem Schneidkantenverschleiss bei dem gewünscht hohen Spanungsvolumen und kurzer Bearbeitungszeit entgegenzuwirken, müssen Werkzeughersteller die eingesetzten Werkzeuge und Verfahren ständig optimieren und weiterentwickeln.

Mit dem Jet-Wirbeln zeigt Horn sein Knowhow in der Gewindebearbeitung. In einer Kooperation mit dem Unternehmen W&F Werkzeugtechnik aus Grossbettlingen entwickelte man gemeinsam ein Wirbelsystem mit innerer Kühlmittelzufuhr. Das System ermöglicht hohe Standzeiten durch die direkte Kühlung der Schneiden.

Des Weiteren erreicht das System in Verbindung mit dem stabilen Wirbelaggregat bessere Oberflächengüten am Werkstück und verringert das Risiko eines Spänestaus zwischen den Schneidplatten. Die Oberflächengüte spielt bei der Herstellung von Knochenschrauben eine grosse Rolle. Jede Riefe oder Grataufwürfe können den Platz für Keimherde darstellen.

Enge Platzverhältnisse

Für die Fertigung von Knochenschrauben kommen meist Langdrehmaschinen zum Einsatz. Diese Maschinentechnik ist sehr produktiv und platzsparend.

Eine Herausforderung sind jedoch die engen Platzverhältnisse im Maschineninnenraum. Die Wirbelaggregate müssen hierfür eine hohe Bediener- und Rüstfreundlichkeit aufweisen. Durch das Zusammenspiel von der Kegel- und Plananlage erreicht der Horn-Wirbelkopf eine hohe Wechselgenauigkeit und ein bedienerfreundliches Wechseln mit nur drei Schrauben.

Die Wechselzeit des Wirbelkopfes an der Schnittstelle des Wirbelaggregates liegt bei unter einer Minute. Die Schnittstelle bietet einen Rund- und Planlauf von 0,003 mm. Die maximale Drehzahl liegt bei 8.000 U/min. Die Schnittstellen zur Adaption des Wirbelaggregats stehen für alle gängigen Langdrehmaschinen zur Verfügung.

Kobalt-Chrom: Stossen eines Innensechskants

«Die Herstellung von einem Sechskant in Titan ist relativ einfach durch das Profilräumen herstellbar. In Kobalt-Chrom ist das Räumen in Serie wegen der hohen Festigkeit kaum möglich und der Werkzeugverschleiss ist erheblich», sagte ein Anwender. Aufgrund dieser Problematik schlugen die Horn-Techniker vor, den Innensechskant über das Stossverfahren herzustellen.

Das Verfahren bietet hohe Präzision und hohe Prozesssicherheit, da sich die Schneidengeometrie und das Hartmetallsubstrat leicht an den zu bearbeitenden Werkstoff anpassen lassen. Die ersten Versuche brachten schnell die erhoffte Lösung. «Durch das Stosswerkzeug ist die Herstellung von genauen Passungen möglich und die Oberflächen sind sehr gut», sagt der Anwender.

Die zerspanungstechnischen Details

Der Anschnittkegel der Sacklochbohrung dient beim Stossen als Auslauf- beziehungsweise Freilaufzone des Stosswerkzeuges. Aufgrund der geringen Höhe des Schraubenkopfes war ein Freistich als Auslauf nicht möglich.

Das Werkzeug fährt zum Brechen der Späne am Ende der Schlüsselfläche auf einer programmierten Bahn in die Freilaufzone. Das Stossen des Innensechskants mit der Schlüsselweite von 5 mm übernimmt ein Supermini des Typs N105. Die Zustellung der Einzelhübe liegt bei 0,02 mm. Nach der Fertigstellung einer Fläche dreht das Futter weiter, um mit der nächsten Fläche fortzufahren. Die Prozesszeit der Stossoperation liegt bei rund zwei Minuten. SMM

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