Technologie-Spotlight: Hartdrehsystem

Jun 07, 2023

Hartdrehen einer Hartmetall-Ziehmatrize auf einer Drehmaschine Hembrug Mikroturn 100. Hembrug-Werkzeugmaschinen

Werkzeuge aus Wolframcarbid werden in der Formen- und Gesenkindustrie sowie bei Stanz-, Zieh- und Extrusionsanwendungen eingesetzt. Diese Werkzeuge sind äußerst verschleißfest und zeichnen sich häufig durch komplexe Konturen aus, an die höchste Anforderungen an Form und Oberflächenbeschaffenheit gestellt werden.

Aufgrund der schwierigen Bearbeitbarkeit dieser Werkstücke wurden sie traditionell durch Schleifen mit Diamantscheiben geformt. Da die Hersteller jedoch vor der Herausforderung stehen, Kosten zu senken, die Qualität zu verbessern und Rüstzeiten zu minimieren, wird das hochpräzise Hartdrehen in Betracht gezogen.

Hochpräzisionsdrehen ist ein sehr flexibler Prozess. Das Einrichten und Umrüsten ist einfach und es können Innen- und Außenbearbeitungen in derselben Aufspannung kombiniert werden. Auch die Erzielung hoher Zerspanungsraten ist möglich.

Komplexe Konturen werden programmiert und anschließend auf einer speziell für das Hartdrehen konzipierten Maschine mittels CNC-Schlittenpositionierung gefertigt.

Beim Schleifen eines Werkstücks mit mehreren komplexen Formen sind häufig mehrere Aufspannungen erforderlich. Um jede Kontur fertigzustellen, sind spezifische Radformen erforderlich, die einen Radwechsel erfordern. Bei kleinen Losgrößen verlängert sich dadurch die Produktionszeit deutlich.

Durch die Kombination einer dynamisch steifen und präzisen Drehmaschine mit Diamant-Wendeschneidplattenwerkzeugen ist jetzt ein flexibler Fertigungsprozess für die Endbearbeitung von Hartmetallwerkzeugen möglich. Die Optimierung der Maschine und der Werkzeuge ist der Schlüssel zum erfolgreichen Drehen von Wolframkarbid mit der gleichen Genauigkeit wie beim Schleifen.

Wolframcarbid kann einen Härtewert von 80 HRC haben. Gehärteter Stahl liegt beispielsweise im Bereich von 58 bis 65 HRC. Das Drehen dieses Materials auf einer herkömmlichen Drehmaschine führt zu Vibrationen, da diese Maschinen normalerweise nur über minimale Maschinendämpfungseigenschaften verfügen.

Die erhöhten Schnittkräfte, die erforderlich sind, um Material vom Werkstück wegzuziehen, sind bei Wolframkarbid höher als bei gehärtetem Stahl. Diese höheren Schnittkräfte erzeugen einen erheblichen Rückstoßdruck auf die Führungsbahnen und Spindellager. Herkömmliche Drehmaschinen sind nicht unbedingt dafür ausgelegt, diese Kräfte zu bewältigen, und selbst beim Schneiden von gehärtetem Stahl oder gar Hartmetall kann es zu vorzeitigem Verschleiß der Führungsbahnen kommen. Dies führt zu einem Rückgang der Fähigkeit des Teils, seine Größe, Formgenauigkeit und Oberflächengüte beizubehalten, sowie zu einem erhöhten Werkzeugverschleiß.

Hembrug Machine Tools, Haarlem, Niederlande, Teil des spanischen Maschinenkonzerns Danobat, ist auf die Herstellung hochpräziser Hartdrehmaschinen spezialisiert. Das Unternehmen verfügt außerdem über umfassende Prozesserfahrung beim Drehen von Wolframkarbidwerkstücken mit sehr engen Toleranzen, bei denen eine Genauigkeit im Submikrometerbereich erforderlich ist.

Vor mehr als 50 Jahren löste sich das Unternehmen von der traditionellen Bauweise von Drehmaschinen und entwickelte hydrostatische Gleit- und Spindellager.

Diese Ziehmatrize wurde innerhalb von 30 Minuten hergestellt, verglichen mit dem alten Schleifprozess, der acht Stunden dauerte, mit ähnlichen Genauigkeitsergebnissen.

Diese hauseigene Technologie kommt sowohl bei der Gleitführung als auch bei der Spindellagerung der Mikroturn-Maschinen des Unternehmens zum Einsatz.

Diese Technologie bietet Dämpfungseigenschaften und erzeugt unabhängig von der Geschwindigkeit eine dynamische Steifigkeit, die zur Minimierung von Vibrationen an der Werkzeugspitze erforderlich ist. Nach Angaben des Unternehmens sind diese Eigenschaften für eine gute Oberflächengüte und eine lange Werkzeuglebensdauer von entscheidender Bedeutung. Der fehlende Metall-Metall-Kontakt zwischen den beweglichen Maschinenelementen führt zu einer verschleißfreien Plattform.

Aufgrund dieser Konstruktion und Konstruktion sowie der Maschinenbasis aus Naturgranit sind die Investitionskosten im Vergleich zu einer herkömmlichen Präzisionsdrehmaschine höher. Der Vorteil besteht jedoch in einer längeren Werkzeuglebensdauer und weniger notwendigen Maschineneinstellungen sowie in einer konsistenten Stück-zu-Stück-Wiederholgenauigkeit aufgrund der Stabilität. Und laut Hersteller entspricht die Werkstückqualität den Schleiftoleranzen.

Zusätzlich zu diesen wesentlichen Maschinenanforderungen müssen auch optimierte Werkzeuge verwendet werden.

In den letzten Jahren haben viele Entwicklungen bei Wendeschneidplattenwerkzeugen zu einer verbesserten Bearbeitbarkeit von Hartmetall geführt. Nur die härtesten und verschleißfeststen Werkzeuge ermöglichen das Drehen von Wolframcarbid und daher kommt nur Diamant in Frage.

Es sind viele verschiedene Arten von Diamanteinsätzen erhältlich, die Verwendung von bindemittelfreien PKD-Sorten wird jedoch empfohlen, da diese verschleißfester und zäher sind als Diamantwerkzeuge vom Einkristalltyp. Laut Hembrug erhöhen sie die Werkzeugstandzeit, verbessern die Oberflächengüte und sorgen für eine bessere Maßkontrolle.

Die Hartmetallsorte (Bindemittelgehalt, Härte, Verschleißfestigkeit und Korngröße) beeinflusst die Bearbeitbarkeit. Und je feiner die Körnung, desto besser ist die Oberflächengüte. Mit einer gröberen Körnung, wenn feine Oberflächengüten erforderlich sind, integriert Hembrug eine Schleifspindel- oder Steinhonoption in sein Drehsystem.

Bei dieser Kombination folgt nach dem Vor- und Halbschlichtdrehen ein Schleif- oder Honvorgang zur Fertigstellung des Werkstücks. Mit dieser Veredelungsmöglichkeit ist es mit einem KombiFin-Stein möglich, Oberflächengüten von Ra 0,02 µm zu erreichen. Die Kombination von Hartdrehen und Feinschlichten auf einer Maschine erhöht die Genauigkeit und Flexibilität. Auf diese Weise kann ein Hersteller unabhängig von der Korngröße die erforderlichen Oberflächenrauheitsergebnisse erzielen.

Obwohl beim Hartdrehen eine Trockenbearbeitung möglich ist, ist die Verwendung eines Kühlmittels (Luft oder Flüssigkeit) oft von Vorteil. Mit Kühlmittel werden Späne schneller abtransportiert und die Wärmeübertragung auf das Werkstück minimiert. Auch der Einsatz von Kühlmittel trägt positiv zur Stabilität des Prozesses bei.

Eine flexible Bearbeitungsmethode wie das Hartdrehen, mit der Hartmetallwerkzeuge in Schleifqualität hergestellt werden können, ist auf jeden Fall gut für die Branche. Komplexe Konturen lassen sich einfacher herstellen und bei der Produktion kleiner Stückzahlen ist Hartdrehen oft die bevorzugte Option.

Die neu entwickelte, vollständig hydrostatische Hembrug Mikroturn 100 3rdGeneration kann ein Hartmetallteil in einer Aufspannung hartdrehen und fertigbearbeiten.

Die Möglichkeit, ein Teil in einer Aufspannung fertigzustellen, führt zusammen mit kürzeren Umrüstzeiten zu geringeren Kosten, weniger Fehlern und kürzeren Durchlaufzeiten. Diese Vorteile tragen wesentlich zur Wettbewerbsfähigkeit jedes Herstellers bei, unabhängig von den gefertigten Werkstücken.

Gary Anderson ist Vertriebsleiter für Nordamerika und Omar Geluk ist Senior Marketer, Hembrug Machine Tools, H. Figeeweg 1a+b, 2031 BJ Haarlem, Niederlande, 31 23 5124900, www.hembrug.com.

Durch das Steinhonen nach dem Drehen sind Oberflächengüten von Ra 0,02 μm möglich.