Aktuelle Trends bei harten Schneidstoffen

Bearbeitungszeitverkürzung bei gleichzeitiger Qualitätsverbesserung – der Einsatz von PKD-Werkzeugen im Durchmesserbereich von unter 3 mm bis 6 mm. (PresseBox) ( Aalen, )
Nach der überstandenen Krise 2009 sind die Zukunftsaussichten für PKD-Werkzeuge besser denn je. MAPAL geht davon aus, dass sich das Marktvolumen für PKD-Werkzeuge in den nächsten Jahren stark nach oben entwickeln wird. Immer mehr Bauteile und Komponenten der MAPAL Kunden werden aus Gründen der Gewichtsersparnis und immer besser beherrschbarer und produktiverer Zerspanprozesse in der Massenfertigung auf Aluminium umgestellt. Auch der Markt für andere Nichteisenmetallwerkstoffe (z.B. Messing, Kupfer, Magnesium) birgt großes Wachstumspotenzial in sich, ebenso weisen die "neuen Werkstoffe" wie z.B. glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) und kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) ein enormes Potenzial auf.

MAPAL trägt diesem Wachstum Rechnung: Bereits im Nachkrisenjahr 2010 wurden bei MAPAL WWS in Pforzheim und in den PKD-Fertigungen der MAPAL Gruppe weltweit umfangreiche Investitionen und Personaleinstellungen durchgeführt. 2011 folgt nun am PKD-Kompetenzzentrum MAPAL WWS der größte Aufbau an Personalkapazität und die höchsten je getätigten Investitionen in zusätzliche Maschinenkapazität der Firmengeschichte.

Bisherige Grenzen PKD-bestückter Werkzeuge

Der PKD-Werkzeugeinsatz findet heute überwiegend seine Grenzen bei kleinen Schneiddurchmessern unter 6 mm in Verbindung mit mehr als drei Schneiden. Die Ursachen hierbei sind hauptsächlich im Herstellprozess begründet. Hauptprobleme sind die prozesssichere Lötbarkeit der PKD-Segmente in den Hartmetall-Grundkörper (es wird schlichtweg die Lötfläche zu klein) sowie die Fertigung der Schneidengeometrie, da zum Beispiel bei der Erzeugung des Freiwinkels oder der Schneidenkontur die vorhergehende oder vorauseilende Schneide beschädigt werden würde.

Bei großen Schneiddurchmessern hingegen werden die Grenzen des PKD-Einsatzbereiches hauptsächlich durch das Werkzeuggewicht vorgegeben, das je nach Maschinentyp meist nur max. 6 - 8 kg für den automatischen Werkzeugwechsel betragen darf. Zusätzlich wirken sich die Kippmomente bei Horizontalbearbeitungen ungünstig auf das Bearbeitungsergebnis aus, verursacht durch das Werkzeugeigengewicht und die Lage des Schwerpunktes.

Gezielte Entwicklungen bei MAPAL verschieben die Grenzen beträchtlich

Mittlerweile gibt es bei Kleinwerkzeugen konkrete Werkzeuglösungen, bei denen mit dem Schneidstoff PKD Werkzeuge zum Reiben und Fräsen mit Schneiddurchmessern unter 3 mm und 6 Schneiden realisiert wurden. Auch bei Bohrwerkzeugen wurden Lösungen in diesem Durchmesserbereich realisiert, teilweise mit beidseitig polierten Spanflächen. Hierzu war es notwendig, gemeinsam mit dem PKD-Lieferanten spezielle, bis zu 8,0 mm starke PKD-Dickschichten in hervorragender Qualität und mit einer der Bearbeitung angepassten Korngröße zu entwickeln. Die resultierenden Herausforderungen in der Fertigung konnten allesamt gemeistert werden.

Das PKD wird mittels eines speziellen Lötprozesses direkt auf den Hartmetallgrundkörper aufgebracht. Durch besondere Einrichtprozesse ist es möglich, Kühlkanalbohrungen von nur 0,3 mm Durchmesser durch das PKD hindurch genau in die vorgesinterte Bohrung des Hartmetallgrundkörpers treffen zu lassen. Die filigranen PKD-Schneidengeometrien werden, wenn notwendig, auf einer Laserbearbeitunganlage, dem LASERPLUSS RayCutter, bearbeitet.

So wurde es möglich, viele neue Anwendungen für PKD-Werkzeuge im Durchmesserbereich von unter 3 mm bis 6 mm zu erschließen. PKD-Werkzeuge ersetzen hier zum Teil Hartmetallwerkzeuge, was den Kunden große Einsparpotenziale eröffnet. Ebenso birgt die Erhöhung der Schneidenanzahl in diesem Durchmesserbereich bei Reiboperationen ein hohes Potenzial zur Bearbeitungszeitverkürzung bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität.

Titangrundkörper ermöglichen Einsparpotenziale bei Großwerkzeugen

Bei der Auslegung von Großwerkzeugen mit dem Schneidstoff PKD sind die Herausforderungen anders gelagert. Titan hat sich hier als ideales Grundkörpermaterial erwiesen. Die PKD-Segmente können zwar nicht in den Grundkörper eingelötet werden. Stattdessen werden sie geklebt und geschraubt. Die Schrauben dienen hierbei zur Sicherung, da die Klebeverbindung nur eine bestimmte Temperaturfestigkeit aufweist. Mit dieser Technologie und der entsprechenden prinzipiellen Werkzeugauslegung ist es nun möglich, Werkzeuge von bisher nicht gekannten Abmaßen zu realisieren, ohne die obengenannten Gewichtsbeschränkungen von 6 - 8 kg zu überschreiten.

So können nun Zerspanprozesse, die heute noch auf mehrere Werkzeuge und Bearbeitungen hin ausgelegt und verteilt sind, in einem Komplettbearbeitungswerkzeug zusammengefasst werden. Möglich ist hierbei auch eine feineinstellbare, modulare Bauweise, die gerade bei sehr langen und schlanken Werkzeugen eine hohe Rundlaufgüte und damit hohe Genauigkeiten, Rundheiten und Oberflächengüten am Bauteil sicherstellt. Die Qualitätsverbesserungen werden durch signifikante Reduzierungen der Bearbeitungszeiten und durch die Komplettbearbeitung in einem "Schuss" ergänzt.
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