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10.05.2017

Diamantbearbeitung von Stahlformen

In der Micromaster von Kugler können verschiedene Systeme wie Bearbeitungsspindeln, Laserköpfe oder Ultraschall-Diamantwerkzeuge nacheinander verwendet werden. So lassen sich Oberflächen in optischer Qualität herstellen.

In immer mehr Bereichen werden heute optische Elemente aus Kunststoff verwendet. Das Spektrum reicht dabei von Optiken für Consumer-Produkte wie LED-Taschenlampen bis hin zu Linsen für KFZ-Scheinwerfer, welche zum Teil im Mehrlagenspritzguss hergestellt werden. Die meisten dieser Optiken benötigen eine Spritzgussform oder einen entsprechenden Formeinsatz. Ein entscheidendes Kriterium hierbei ist die Lebensdauer der Form beziehungsweise des Formeinsatzes, speziell im Consumer-Bereich.

  • Innenraum der Kugler Micoromaster mit einer montierten Frässpindel mit HSK25-Aufnahme (Mitte), einem ausfahrbarem Messtaster (2D-Antastunsicherheit ± 1 Mikrometer) und einem angestellten, ultraschallunterstützten Diamantwerkzeug (links). Das Werkstück befindet sich auf der Dreh-Schwenk-Einheit in der Bildmitte. Bild: Kugler

    Innenraum der Kugler Micromaster mit einer montierten Frässpindel mit HSK25-Aufnahme (Mitte), einem ausfahrbarem Messtaster (2D-Antastunsicherheit ± 1 Mikrometer) und einem angestellten, ultraschallunterstützten Diamantwerkzeug (links). Das Werkstück befindet sich auf der Dreh-Schwenk-Einheit in der Bildmitte. Bild: Kugler

  • Rauheitsmessung mit einem phasenschiebenden Mikroskop-Interferometer. Das Messfeld beträgt 340 mal 340 Mikrometer, wodurch in der Diagonale eine Messlänge von 480 Mikrometern (entsprechend der Norm) gegeben ist. Bild: Kugler

    Rauheitsmessung mit einem phasenschiebenden Mikroskop-Interferometer. Das Messfeld beträgt 340 mal 340 Mikrometer, wodurch in der Diagonale eine Messlänge von 480 Mikrometern (entsprechend der Norm) gegeben ist. Bild: Kugler

  • Vergleich des auf der Kugler-Micromaster diamantbearbeiteten Bauteils (links) mit dem vom Kunden beigestellten Vergleichsteil (rechts). Der Farbunterschied der beiden Werkstücke rührt vornehmlich von der unterschiedlichen Wärmebehandlung der Teile her. Bild: Kugler

    Vergleich des auf der Kugler-Micromaster diamantbearbeiteten Bauteils (links) mit dem vom Kunden beigestellten Vergleichsteil (rechts). Der Farbunterschied der beiden Werkstücke rührt vornehmlich von der unterschiedlichen Wärmebehandlung der Teile her. Bild: Kugler

  • Mikrofacettenspiegel hergestellt mit dem im Insert gezeigten Werkzeug. Der Spitzenradius des Diamantwerkzeugs beträgt 10 Mikrometer, da zwischen den einzelnen Facetten des optischen Elements höchstens ein Übergangsradius von 15 Mikrometer auftreten darf. Die Einzelfacetten wurden durch lineares Abzeilen erzeugt. Die gekrümmten Strukturen schräg zu den Facetten entstehen durch die Beleuchtung des Mikroskops. Bild: Kugler

    Mikrofacettenspiegel hergestellt mit dem im Insert gezeigten Werkzeug. Der Spitzenradius des Diamantwerkzeugs beträgt 10 Mikrometer, da zwischen den einzelnen Facetten des optischen Elements höchstens ein Übergangsradius von 15 Mikrometer auftreten darf. Die Einzelfacetten wurden durch lineares Abzeilen erzeugt. Die gekrümmten Strukturen schräg zu den Facetten entstehen durch die Beleuchtung des Mikroskops. Bild: Kugler

  • Bearbeitung der ersten Mikrolinse eines Mikrolinsenarrays mit genauen Anforderungen an die Position des Mikrolinsenarrays bezüglich der äußeren Bauteilkanten. Bild: Kugler

    Bearbeitung der ersten Mikrolinse eines Mikrolinsenarrays mit genauen Anforderungen an die Position des Mikrolinsenarrays bezüglich der äußeren Bauteilkanten. Bild: Kugler

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Es werden verschiedene Verfahren verwendet, um optische Formen oder Formeinsätze für den Spritzguss zu fertigen. Üblicherweise werden bereits gehärtete Stahlformen hartgefräst, geschliffen und/oder erodiert und anschließend poliert, bis die Oberfläche den optischen Spezifikationen entspricht. Diese Politur wird häufig von Hand durchgeführt, allerdings leidet beim Polierprozess die geometrische Form des Einsatzes. Eine maschinelle Politur verringert die Formabweichungen durch den Polierprozess, kann sie aber nicht komplett vermeiden. Sollte der eigentlichen Bauteilform noch eine besondere Oberflächenform (zum Beispiel eine Mikrostruktur) überlagert sein, kann durch das Polieren eine erhebliche Formabweichung auftreten.

Eine direkte Bearbeitung der Form oder des Formeinsatzes mit dem Ergebnis einer optischen Oberfläche (Rauheit Ra kleiner 8 Nanometer) kann entweder in Messing, Neusilber oder in hochfesten Aluminiumlegierungen beziehungsweise chemisch vernickelten Stahlformen stattfinden. Dabei wird die optische Form direkt mittels Diamantbearbeitung mit monokristallinen Diamanten in den Einsatz oder die Spritzgussform eingebracht. Die Standzeit des Spritzgusswerkzeugs ist naturgemäß geringer als bei vergleichbaren Werkzeugen in Stahl. Zusätzlich ergeben sich thermische Probleme bei der Verwendung heterogener Spritzgussformen aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten und Wärmeleitwerte der unterschiedlichen Materialien.

Es wäre daher von Vorteil, gehärtete Stahlformen direkt Diamantbearbeiten zu können. Kohlenstoff, aus dem Diamanten bekanntlich bestehen, geht schon bei vergleichsweise geringen Temperaturen eine chemische Verbindung mit Eisen ein. Dabei entsteht Eisenkarbid. Beim Drehen entstehen beispielsweise an der Schneide Temperaturen zwischen 500 und 700 Grad Celsius. Diese Temperaturen reichen schon aus, um den Diamant mit dem Eisen reagieren zu lassen.


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Unternehmensinformation

Kugler GmbH

Heiligenberger Straße 100
DE 88682 Salem, Baden
Tel.: 07553-9200-0
Fax: -45

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