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maschine+werkzeug 09/2019

Effizienter und nahezu gratfrei

Bohren/Fräsen

Mikron Tool hat eine Werkzeuglösung entwickelt, die eine deutliche Effizienzsteigerung beim Bearbeiten von Innensechsrund-Prägungen an medizinischen Schrauben aus Titan oder rostfreiem Stahl ermöglicht.

900 Millionen medizinische Schrauben werden weltweit jährlich gefertigt, Tendenz steigend. Bild: prluka/stock.adobe.com

900 Millionen medizinische Schrauben werden weltweit jährlich gefertigt, Tendenz steigend. Bild: prluka/stock.adobe.com

Jährlich werden 900 Millionen medizinische Schrauben produziert, Tendenz klar steigend. Da zählt jede Sekunde, welche man bei der Herstellung einsparen kann.
Der weitaus größte Teil dieser Schrauben wird auf Langdrehautomaten gefertigt, auf einer Spindel das Gewinde, auf der Gegenspindel die Torx-Prägung. Dieser Prozess ist in den meisten Fällen langsamer und bestimmt deshalb die Taktzeit. Kann hier die Effizienz verbessert werden, auch nur um wenige Sekunden, hat der Produzent gewonnen: Zeit und Geld.

Mit dem Hexalobe-Programm bietet Mikron Tool eine schlüsselfertige Lösung an, welche sich nicht auf Werkzeuge beschränkt, sondern im Paket auch die beste Strategie für deren Einsatz und die passenden Parameter mitliefert. Denn während der Entwicklung wurde schnell klar, dass beste Resultate erzielt werden können, wenn alle diese Faktoren zusammenspielen.

Titan oder Inox?

Die beiden Materialien, aus denen heute 90 Prozent aller medizinischen Schrauben gefertigt werden, sind Titan und rostfreier Stahl. Diese unterscheiden sich in ihrem Zerspanungsverhalten deutlich voneinander. So sehr, dass sich im Laufe der Entwicklung eine getrennte Betrachtung der Werkzeuge wie auch der Strategie als notwendig erwiesen hat. Besonders Titan mit seiner hohen Elastizität erfordert eine hohe Scherkraft, was wiederum zu einer hohen Schneidenbelastung führt. So fängt denn der Unterschied auch bereits beim verwendeten Hartmetall an.

Eine typische Torx- respektive Innensechsrund-Form bei medizinischen Schrauben. Bild: Mikron Tool

Eine typische Torx- respektive Innensechsrund-Form bei medizinischen Schrauben. Bild: Mikron Tool

Auch beim Bearbeitungsprozess sind diese beiden Materialien getrennt zu betrachten. Während beim Fräsen von Titan sowohl mit Spiralinterpolation als auch mit seitlichem Fräsen möglich ist, empfiehlt Mikron Tool nur das Wandungsfräsen bei den rostfreien Stählen. Auch, wenn dieser Prozess generell etwas mehr Zeit beansprucht.

Eine gut durchdachte Strategie gehört genauso zum Erfolg wie die perfekt passenden Werkzeuge und ist von Anfang an in die Entwicklung einzubeziehen. Denn wie die Werkzeuge ausgelegt werden, hängt maßgeblich davon ab, wie diese eingesetzt werden sollen. Verschiedene Vorgehen wurden anfangs in Betracht gezogen, als besonders effizient hat sich dasjenige erwiesen, das auch mit einem Minimum an unterschiedlichen Werkzeugen auskommt: Stufenbohren – Fräsen des Innensechsrund – abschließendes Entgraten.

Für eine effiziente Bearbeitung empfiehlt sich ein Vorbohren – Anfasen – Fräsen mittels Spiralinterpolation respektive Wandungsfräsen – Entgraten. Bild: Mikron Tool

Für eine effiziente Bearbeitung empfiehlt sich ein Vorbohren – Anfasen – Fräsen mittels Spiralinterpolation respektive Wandungsfräsen – Entgraten. Bild: Mikron Tool

Andere Strategien, zum Beispiel das Vorbohren der sechs äußeren Durchmesser sowie des Zentrums mit anschließendem Fräsen und Entgraten stellte insbesondere für die Titanbearbeitung einen echten Stolperstein dar in Bezug auf die Prozesssicherheit der Mikrobohrer.

Der Fräsprozess, im gewählten Vorgehen die zeitintensivste Operation, kann entweder mittels Spiralinterpolation (mit einer maximalen Steigung von 0.8 x D) erfolgen oder mittels Wandungsfräsen (mit einer Zustellung von max. 0.5 x D). Jedes Vorgehen hat seine Vor- und Nachteile: Bei der Spiralinterpolation entsteht am Fräser nur eine kleine seitliche Belastung (Fx), da gleichzeitig auch eine vertikale Kraft wirkt (Fz). Dafür ist mit einer höheren Belastung der Schneidecken zu rechnen, die deshalb geometrisch verstärkt wurden.

Generell ist dieser Vorgang flüssiger und auch schneller. Beim seitlichen Fräsen (oder Wandungsfräsen) erreicht man die Gesamttiefe über mehrere Stufen, da pro Durchgang nur mit zwei Achsen gearbeitet wird. Die seitliche Zustellung bleibt über den ganzen Vorgang unverändert, allerdings ist in diesem Falle die radiale Belastung des Fräsers größer.

Aus vier mach zwei

Die vier Operationen (Bohren – Anfasen – Fräsen – Entgraten) sind in drei Schritten mit zwei Werkzeugen zu bewältigen. Der Kombibohrer bringt in einem ersten Schritt sowohl die zentrale Bohrung wie auch eine Fase von 120 Grad an, wobei die Oberfläche sofort eine hohe Qualität erreicht (Ra 0.2 Mikrometer, Rz 0.8 Mikrometer). Nach dem Fräsen der definitiven Form wird er nochmals eingesetzt, er sorgt in diesem letzten Schritt für eine nahezu gratfreie Oberfläche und eine ausgezeichnete Oberflächenqualität.
Der Fräser mit drei respektive vier Zähnen – je nach Durchmesser – ist in zwei Standardlängen verfügbar, um so die je nach Schraubentyp unterschiedlichen Tiefen der Torx-Form bearbeiten zu können. Seine hohe Steifigkeit ermöglicht eine Bearbeitung mit hohen Vorschüben und massiven Zustellungen und garantiert doch die notwendige Profilmaßhaltigkeit.

Für die hohe Oberflächengüte sorgt einerseits die spezielle Geometrie, andererseits die Tatsache, dass mit einer hohen Zustellung/Steigung gearbeitet werden kann und deshalb nur wenige Durchgänge notwendig sind.

Augenmerk auf Qualität

Neben einer effizienten Bearbeitung, die sowohl eine kurze Bearbeitungszeit wie eine lange Standzeit der Werkzeuge im Auge anvisiert, ist das Resultat in Sachen Qualität ein zentraler Faktor. Die Toleranzen sind sehr eng gesetzt und auf jeden Fall einzuhalten, damit die Profilmaßhaltigkeit und Wandungs-Rechtwinkligkeit des Innensechskant bei der ersten wie der letzten gefertigten Schraube respektiert wird.

Zwei Werkzeuge sind ausreichend für die komplette Bearbeitung von Innensechsrund. Bild: Mikron Tool

Zwei Werkzeuge sind ausreichend für die komplette Bearbeitung von Innensechsrund. Bild: Mikron Tool

»Ein einziges, ideales Vorgehen für alle Fälle gibt es nicht«, das bestätigt der Entwicklungsleiter Alberto Gotti. Wenn auch dieses schlüsselfertige Programm mit einer Kombination von Werkzeugen und Empfehlungen zu Strategie und Parametern dem Anwender viel Unterstützung bietet, ist er dennoch gefordert, sein Gleichgewicht zwischen einer möglichst effizienten Bearbeitung und einer hohen Präzision und Qualität zu finden.

Die ersten Erfahrungen mit den neuen Werkzeugen Crazy-Drill und Crazy-Mill Hexalobe auf einem Langdrehautomaten von DMG Mori Sprint 32/8 haben gezeigt, dass die Zykluszeit im Vergleich zu anderen empfohlenen Werkzeugen um 50 bis 60 Prozent reduziert werden kann und gleichzeitig sogar bei hohem Vorschub (0.03 Millimeter pro Umdrehung pro Zahn) eine hohe Oberflächengüte (Ra = 0.2 Mikrometer) erreicht wird. Das ist bereits ein vielversprechendes Resultat.

www.mikrontool.com

Unternehmensinformation

Mikron Tool SA Agno

Via Campagna 1
CH 6982 Agno
Tel.: +41 - 91 - 610 4000

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