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maschine+werkzeug 04/2020

Klare Kante zeigen

Verzahnung

Die perfekte Schneidkantenverrundung von beschichteten Verzahnungswerkzeugen ist ein ausgeklügeltes Zusammenspiel vieler Faktoren. Oerlikon Balzers bietet dazu spezielle Services an.

Eine detaillierte Ist-Analyse der Schneidkanten ist der erste wichtige Schritt des Primegear-Servicepakets. Bild: Oerlikon

Eine detaillierte Ist-Analyse der Schneidkanten ist der erste wichtige Schritt des Primegear-Servicepakets. Bild: Oerlikon

Über den Wert einer guten Verrundung von Schneidkanten zum Beispiel für Bohrer herrscht kein Zweifel. Das Entfernen von Graten, Beseitigen oder Vermeiden von Ausbrüchen und mikrometergenaue Bearbeiten der Schneidkanten bewirken deren Stabilisierung sowie deutlich höhere Standzeiten und mehr Prozesssicherheit in der Zerspanung. Funktionierende Standardisierungen sowie Definitionen von Kantenverrundungen für diese Werkzeuge sind heute verfügbar. Welche Faktoren entscheiden aber über eine perfekte Kantenverrundung in der Verzahnung – vor allem dann, wenn das Werkzeug am Ende noch eine Beschichtung erhalten soll?

Basis für erfolgreiche Fertigungsprozesse ist die Werkzeugaufbereitung mit Vorbehandlung, Schichtauswahl und Nachbehandlung.  Bild: Oerlikon

Basis für erfolgreiche Fertigungsprozesse ist die Werkzeugaufbereitung mit Vorbehandlung, Schichtauswahl und Nachbehandlung. Bild: Oerlikon

Zwar ist das Thema Kantenverrundung schon länger bekannt und mit dem Trend zur Produktivitätssteigerung sowie neuen Fertigungs- und Messverfahren für Schneidenradien in der Serie angekommen. In der Praxis eines führenden Serienbeschichters wie Oerlikon Balzers zeigt sich jedoch, dass angesichts der Komplexität des Themas mehr Aufklärung und noch mehr Austausch nötig sind, um erwartete bzw. bestmögliche Ergebnisse auch in der Verzahnung zu erreichen. Zumal ein Werkzeug in der Verzahnung eine Vielzahl an Schneiden besitzt und im gesamten Werkzeugleben 15 bis 30 Wiederaufbereitungszyklen durchläuft.

Qualitätsfaktoren

Am Beispiel Wälzschälen wird deutlich: Anspruchsvolle Anwendungen verlangen äußerst präzise, in engen Toleranzen gefertigte Werkzeuge; hierbei spielen die Substratauswahl, die Strategie des präzisen Schliffs sowie Rauheit und Gratfreiheit der Oberflächen eine entscheidende Rolle. Diese Faktoren beeinflussen maßgeblich auch die Kantenverrundung. Deren Qualität steht und fällt mit guten bzw. weniger guten Werten von Kantenparametern wie etwa Kantendefekten, Geometrie, Oberflächen-Mikrostruktur und Substrat-Eigenspannung. Dies hat wiederum Einfluss beispielsweise auf die Thermomechanik oder Tribologie beim Schneiden und anschließend auf Span- und Verschleißverhalten sowie letztlich Standzeit und Fertigungsqualität.

Diese Komplexität setzt sich fort bei der Auswahl geeigneter Verfahren für die Kantenverrundung bzw. -präparation. Ob Bürsten, Strahlen, Schleppschleifen oder Magnetfinishing – jede dieser abrasiven Methoden hat ihre Stärken und Schwächen bezüglich Kriterien wie Oberflächenqualität, Flexibilität, Zuverlässigkeit und Kosten. Zu beachten ist zudem, dass solche Verfahren in der Regel nicht nur auf die Kante einwirken, sondern je nachdem auch auf die angrenzende Oberfläche der Spanbrust, Zahnflanken oder Zahngrund. Somit ist meist das ganze Werkzeug betroffen, was Oberflächengüte und sogar Geometrietreue angeht.

Exakte Analyse

Sehr speziell wird es beim Thema Schneidkantenradius. Gerade in der Verzahnung gibt es per se keinen (vor)definierten optimalen Radius, dieser ist vielmehr an das spezifische Werkzeug und den entsprechenden Einsatz anzupassen. Zwar gilt die Faustregel: Je niedriger die Zähigkeit des Schneidstoffs, desto größer der Kantenradius. Jedoch können zu große Radien die Standzeit auch verringern. Insgesamt hängt das konkret zu definierende Maß vom Werkstoff, den Schnittdaten, dem Schneidstoff und der Stabilität der Maschine ab. Dabei geht es heute im Fall von Performance-Verbesserungen nicht nur um die Größe des Radius, sondern auch um die (a)symmetrische Form der Rundung. Maßzahl dafür ist der sogenannte K-Faktor, der erkennen lässt, ob oder wie sich eine Schneidkante zur Span- oder Freifläche hin neigt.

In die Festlegung sowie Messung des Radius spielt die Werkzeugbeschichtung in hohem Maße hinein. Zum einen erhöht diese den Radius. Zum anderen entsteht, physikalisch bedingt im Beschichtungsprozess, an der stärksten Krümmung einer Schneide eine leicht erhöhte Schichtdicke. Das hat auch Vorteile, jedoch gilt es diese Eigenheit bei der finalen Berechnung, besonders aber bei der Messung des Kantenradius zu berücksichtigen.

So messen zum Beispiel taktile Verfahren den Radius nur an einem ganz bestimmten Punkt. Ist dort der Radius verändert, etwa wegen höherer Schichtdicke, können sich dort andere Messwerte ergeben wie mit fortgeschrittenen Methoden der optischen Schneidkantenvermessung, die einen größeren Bereich auswerten. Auch der Ort der Messung entscheidet über das Resultat: Am Kopf der Schneide ist der Radius größer als am Fuß. Vor diesem Hintergrund müssen Messungen immer dieselben Verfahrenskriterien erfüllt haben, um vergleichbar zu sein. Um hier belastbare Werte zu erzielen und einer Beschichtung mit optimaler Kantenverrundung Vorschub zu leisten, empfiehlt sich die Messung – auch bereits vor der Beschichtung.

So optimal ein Werkzeug auch ausgelegt ist – im Einsatz entsteht in kurzer Zeit ein nicht zu umgehender Initialverschleiß, der die Schneide und ihre Geometrie komplett verändert. Eine gute Beschichtung samt Kantenverrundung ist darauf vorbereitet und hält den nachfolgenden Verschleiß möglichst gering. Dies macht Verschleiß und Standzeiten berechenbar und unterstützt eine effiziente Produktionsplanung.


Inhaltsverzeichnis
Unternehmensinformation

OC Oerlikon Balzers AG Beschichtungszentrum

Iramali 18
LI 9496 Balzers
Tel.: 00423 388-5701
Fax: -5434

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