Mikron Tool: Zerspanen von Titan, Inconel, Cobalt-Chrom Zerspanungstechnische Champions League

Von Susanne Böhm, Mikron Tool

Hochleistungswerkstoffe finden eine starke Verwendung in Technik und Industrie, wo sie heute unersetzbar geworden sind. Hochlegierte Edelstähle, Nickellegierungen und Superlegierungen, die besonderen thermischen und mechanischen Belastungen standhalten können, sind vor allem gefragt. Der Tessiner Werkzeughersteller Mikron Tool hat sich auf das Zerspanen dieser Werkstoffe fokussiert. Die Ergebnisse sind eindrücklich.

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Die Einsatzbereiche der Mikron-Tool-Werkzeuge beim Titan sind zahlreich: Medizin- und Zahntechnik, chirurgische Orthopädie, Schmuck- und Uhrenbranche, Rennsport und die Brillenindustrie.
Die Einsatzbereiche der Mikron-Tool-Werkzeuge beim Titan sind zahlreich: Medizin- und Zahntechnik, chirurgische Orthopädie, Schmuck- und Uhrenbranche, Rennsport und die Brillenindustrie.
(Mikron Tool)

Titan erfreut sich hoher Beliebtheit dank seiner hohen Korrosionsbeständigkeit, der geringen Dichte und der hohen Festigkeit. Das hochfeste Cobalt-Chrom zeichnet sich durch hohe Biokompatibilität aus, es ist absolut korrosionsfrei und wegen des geringen Wärmedehnungskoeffizienten neigt es zu geringer Rissbildung. Daher wird es zunehmend in der Medizintechnik eingesetzt.

Superwerkstoffe: von den Konstrukteuren geliebt, von Zerspanern gefürchtet

Zerspanungstechnisch sind diese Superwerkstoffe hochanspruchsvoll und genau das schätzen die Entwicklungsingenieure von Mikron Tool. Das kommt nicht von ungefähr. Der Tessiner Werkzeughersteller hat sich auf Hochleistungswerkzeuge im Mikrobereich für die Zerspanung dieser schwierigen Materialien spezialisiert. Die Tendenz, dass die Industrie solch schwer zu zerspanenden Werkstoffe vermehrt einsetzt, gab Mikron Tool die Motivation, Werkzeuge zu entwickeln, die immer wieder neue Massstäbe setzen. Die Hochleistungswerkzeuge von Mikron Tool überzeugen nicht nur durch enorme Erhöhung des Zeitspanvolumens und der Schnittgeschwindigkeiten, sondern auch durch die extreme Verschleissfestigkeit. Beim Fräsen und Bohren geht es bei der Vorschubgeschwindigkeit so richtig zur Sache.

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Ohne intensive Forschung geht nichts

Neue einschlägige Lösungen zu entwickeln und technologisch immer an vorderster Front zu stehen, ist die Stärke von Mikron Tool. Das in den letzten Jahren aufgebaute Technology Center und sein Team arbeiten stets am Puls der Zeit. Alberto Gotti, R&D-Leiter: «Wir investieren intensivst in unsere Forschungsarbeit. Wir nutzen einen der modernsten Maschinenparks weltweit, der konsequent auf die Hochleistungszerspanung für höchst anspruchsvolle Werkstoffkategorien ausgerichtet ist. Wir haben ungemeine Möglichkeiten, neue Werkzeuge und Fertigungsstrategien zu testen. Bei vielen Fertigungsprozessen unserer Kunden konnten wir die Bearbeitungszeiten bei Hochleistungswerkstoffen erheblich reduzieren, oft um mehr als 50 Prozent.»

Effizienteste Kühlsysteme und die richtige Geometrie sind ausschlaggebend

Worauf kommt es aber an bei der Entwicklung solch hocheffizienter Mikrowerkzeuge für Superwerkstoffe? Grundsätzlich gilt es, die Werkstoffeigenschaften zu analysieren und sie bis ins kleinste Detail zu kennen. Beispielsweise Titan. Die bei der Bearbeitung von Titan entstehende hohe Zerspanungswärme in Kombination mit der mechanischen Belastung stellt hohe Anforderungen an die Werkzeugschneiden. Es gilt, die Hitze unmittelbar am Entstehungspunkt mit dem Kühlmittel abzuführen, sodass sie gar nicht erst an die Schneiden gelangt. Sonst droht Schneidenbruch. Das ausgeklügelte von Mikron Tool patentierte Kühlsystem ist hier die perfekte Lösung. Bei den jüngst entwickelten Titanbohrern von Mikron Tool, dem CrazyDrill Cool Titanium, wird dank der Sonderform der Kühlkanäle 4-mal mehr Kühlschmierstoff der Werkzeugspitze zugeführt, um einen höheren Kühleffekt zu erzielen und um gleichzeitig die Spanabfuhr zu unterstützen.

Erschwerend beim Zerspanvorgang kommt die zäh-elastische Eigenschaft von Titan hinzu. Eine hohe Scherkraft führt zu einer hohen mechanischen Schneidenbelastung, die Späne schiefern sich auf, verkleben und sind oft langspanig. Dank einer speziell entwickelten Schneidgeometrie für Titan kann der Schneiddruck signifikant reduziert werden. Die Späne verkleben nicht mehr.

Jedem Titan seinen Bohrer

Markus Schnyder (President): «Eine Sache ist hier besonders herauszustellen. Bei unserer neuesten Entwicklung haben wir festgestellt, dass die unterschiedlichen Titanlegierungen sich extrem voneinander unterscheiden. Das ist für die industrielle Verarbeitung von höchster Relevanz. Reintitan (Grad 1–4) hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit, aber eine geringe mechanische Festigkeit. Legiertes Titan (Grad 5 und höher) hat hingegen eine hohe Festigkeit und eine geringe Duktilität. Um diese unterschiedlichen Eigenschaften zerspanungstechnisch in der Griff zu bekommen, haben wir einen Bohrer mit zwei spezifischen Geometrien entwickelt: eine für Reintitansorten und eine für Titanlegierungen. Eine kontrollierte Spanabfuhr, hohe Bohrgeschwindigkeiten und wiederholgenaue Prozesse mit perfekter Bohrqualität bei hoher Prozesssicherheit und berechenbaren Standzeiten sind das Resultat. Diese neuen Hochleistungsbohrer haben 2–3-mal höhere Standzeiten und fahren mit doppelter Vorschubgeschwindigkeit (mm/min) in den Superwerkstoff Titan und das in einem Schuss. Das ist neu und sensationell.»

Nickelbasierte Legierungen: noch mehr kühlen

Noch mehr als bei Titan setzt Mikron Tool bei Nickelbasislegierungen (wie Inconel oder Hastelloy) auf Werkzeuge mit einer effizienten und konstanten Kühlung. Für diese hochfesten Werkstoffe eignen sich Hartmetallwerkzeuge hervorragend, denn das Hartmetall erlaubt das Schleifen von idealen Geometrien, die zu einer verminderten Wärmeentwicklung führen. Die grosse Herausforderung liegt besonders bei der Zerspanung in kleinen Durchmessern. Ein geeignetes Werkzeug zu entwickeln, erfordert eine Kombination verschiedenster Faktoren, die bestens aufeinander abgestimmt sein müssen: die Struktur des Hartmetalls, die Qualität der Oberflächen, eine hohe Ausführungspräzision und die Nachbehandlung, die wichtig für eine gute Schichthaftung ist. Die Geometrie muss es ermöglichen, mit geringsten Vorschubkräften zu arbeiten, ansonsten ist das Werkzeug schnell überfordert und bricht. Die Beschichtungsdicke muss in Relation zum Durchmesser stehen. Die Kühlung (möglichst intern) darf die Stabilität des Werkzeuges nicht beeinträchtigen und soll doch effizient sein.

Neue Mikrofräser mit materialspezifischen Schneidgeometrien

Auch bei den neuen Mikrofräsern hat Mikron Tool die verschiedenen Eigenschaften der Materialien berücksichtigt: ein spezifisches Schneidendesign für rostfreie Stähle, Titanlegierungen, Stahllegierungen und ein zweites Schneidendesign für Superlegierungen und CoCr.

Alle Fräser der neuen Serie CrazyMill Cool Micro im Durchmesserbereich von 0,2 bis 0,9 mm sind mit dem hocheffizienten Kühlkonzept von Mikron Tool ausgestattet. Die Leistungsdaten sind eindrücklich: 2,5-mal höhere Standzeiten, 2,5-mal schnellere Bearbeitungszeiten, extrem hohes Zeitspanvolumen bei perfektem Oberflächenfinish. Das ist beim Mikrofräsen einzigartig.

Marco Cirfeta, Verkaufsleiter Europa: «Entscheidend ist, dass die Anwender die extreme Leistungsfähigkeit unserer Werkzeuge erkennen und effizient nutzen. Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe müssen entsprechend hochgefahren werden. Damit spielen wir dann gemeinsam in der technologischen Champions League.» SMM

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