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maschine+werkzeug 02/2020

Schnell und fein

Schleifen

In einer interdisziplinären Kooperation haben Agathon, Element Six und Tyrolit die Schleifbearbeitung von PCBN-Werkzeugen mit niedrigem CBN-Anteil noch produktiver gemacht. Zum Einsatz kommen optimierte, verschleißarme Doppelbelags-Schleifwerkzeuge und ein einzigartiger Konditionierprozess. Daraus resultiert höchste Produktivität bei der Schleifbearbeitung von Niedrig-PCBN-Sorten mit einer mittleren Kantenschartigkeit von 2,3 Mikrometern.

Gehärtete Präzisionsführungssäule aus dem Agathon-Normalienprogramm.
Bild: Agathon

Gehärtete Präzisionsführungssäule aus dem Agathon-Normalienprogramm.
Bild: Agathon

Das Drehen gehärteter Stähle mit Schneidwerkzeugen aus polykristallinem kubischem Bornitrid (PCBN) hat Schleifen als Endbearbeitungsschritt vielfach abgelöst. Ein typisches Bearbeitungsbeispiel ist in Bild 1 gezeigt. Möglich wurde dieser fertigungstechnische Sprung durch die Entwicklung moderner PCBN-Sorten. Vor allem Niedrig-PCBN-Sorten, das heißt PCBN-Sorten mit einem CBN-Volumenanteil kleiner 65 Prozent, sind dank hoher Standzeit, kleiner Korngröße und des attraktiven Materialpreises sowohl wirtschaftlich als auch technologisch interessant.

Eine besonders verschleißarme Niedrig-PCBN-Sorte ist das PCBN-Material von Element Six mit lediglich 45 Volumenprozent an feinen CBN-Partikeln, mit einer Partikelgröße kleiner 1 Mikrometer. Als Binder dient sprödhartes Titancarbonitrid (TiCN), ein Mischkristall bestehend aus Titancarbid (TiC) und Titannitrid (TiN) [1]. Das Material ist sowohl als Voll-PCBN (DSN450) als auch mit Hartmetallunterlage (DCN450) verfügbar. Die Sorte DCN450 wurde speziell für leicht unterbrochenes Hartdrehen und Hochgeschwindigkeitshartdrehen entwickelt. Ihr Widerstand gegen Kolkverschleiß ist der höchste im Markt. Sie besitzt eine der feinsten Strukturen, womit äußerst feine Oberflächen erzeugt werden können.

Wendeschneidplatte mit Grundkörper aus Hartmetall und eingelötetem PCBN-Segment. Die umlaufende 0,2 Millimeter breite Schutzfase ist deutlich sichtbar. Bild: Agathon

Wendeschneidplatte mit Grundkörper aus Hartmetall und eingelötetem PCBN-Segment. Die umlaufende 0,2 Millimeter breite Schutzfase ist deutlich sichtbar. Bild: Agathon

Beim Aufbau einer PCBN-Wendeschneidplatte können drei Varianten unterschieden werden. Eine Möglichkeit ist, Voll-PCBN ohne Hartmetallunterlage zu verwenden. Die zweite Variante ist einen Hartmetall-Grundkörper beim Sintern vollflächig mit PCBN zu belegen. Bei der dritten Variante wird ein PCBN-Segment auf einen Hartmetall-Grundkörper gelötet. Diese Variante steht im Fokus der vorliegenden Untersuchung. Nach dem Auflöten des PCBN-Segmentes auf den Hartmetall-Grundkörper werden Umfang und Schutzfase der Wendeschneidplatte geschliffen.

Aufgrund des sprödharten Charakters ist Niedrig-PCBN-Material beim Schleifen für Ausbrüche anfällig. Beim Einsatz der Wendeschneidplatte führen diese Ausbrüche zu reduzierten Standzeiten, da die Ausbrüche den Spanabtrag negativ beeinflussen und eine höhere Schneidkantenbelastung verursachen. Daher wird bei der Herstellung der Wendschneidplatte nach dem Umfangschleifen eine Schutzfase angeschliffen. Typisch sind eine Fasenbreite von 0,1 bis 0,2 Millimetern und ein Fasenwinkel von 15 bis 25 Grad. Für die Versuche wurde die Plattengeometrie CNGA120408T0225 mit 0,2 Millimetern Fasenbreite und 25 Grad Fasenwinkel verwendet (Bild 2).

Keramisch gebunden

Für die Herstellung von hochwertigen PCBN-Schneidwerkzeugen sind teils gegensätzliche Anforderungen zu erfüllen. Einerseits bedingt die Ökonomie kurze Bearbeitungszeiten, anderseits verlangen viele Anwendungen nach geringer Kantenschartigkeit. Beide Größen werden maßgeblich durch die Schleifbearbeitung der Werkzeuge beeinflusst.

Die Schleifbearbeitung von Wendeschneidplatten aus PCBN wird konventionell mit keramisch gebundenen Diamantschleifwerkzeugen durchgeführt. Dabei müssen die Schleifbeläge kontinuierlich im Prozess mit keramisch gebundenen Siliziumkarbid- oder Korundschleifscheiben konditioniert werden, damit das Diamantschleifwerkzeug plan und schnittig bleibt und ein stabiler Schleifprozess resultiert.

Doppelbelagskonfiguration auf Evo Combi. Bild: Agathon

Doppelbelagskonfiguration auf Evo Combi. Bild: Agathon

Die Aufteilung des Schleifprozesses in Vorschruppen und Schlichten stellt einen ökonomischen Ansatz dar. Dabei wird der Belag mit der größeren Korngröße für den effizienten Volumenabtrag am Umfang der Wendeschneidplatte verwendet. Die Schutzfase wird dann in einem zweiten Schritt mit einem feineren Belag ausgeführt. Generell bedingen kleinere Diamantkorngrößen eine geringe Ausbruchstiefe an den Schneidkanten (Kantenschartigkeit) aber auch längere Taktzeiten aufgrund geringer Vorschübe.

Eine solche zweistufige Schleifstrategie ließe sich mit keramisch gebundenen Doppelbelägen schwierig umsetzen, da mit einem Abrichtwerkzeug zwei unterschiedliche keramische Beläge abgerichtet werden müssten. Dabei wäre vor allem die Abstimmung der zwei Diamantkorngrößen mit dem konventionellen Schleifkorn im Abrichtbelag (SiC, Korund) schwierig zu erreichen. Im folgenden Abschnitt wird stattdessen eine hochproduktive Doppelbelagsstrategie mit erodierbaren Metallbelägen für das Querseiten-Planschleifen präsentiert.


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Unternehmensinformation

Agathon AG Maschinenfabrik Verkauf Normalien

Postfach 332
CH 4512 Bellach
Tel.: 004132-6174-500
Fax: -700

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