Höchstleistung an Messers Schneide

Die Trends fordern von Werkzeugbeschichtungen immer höhere Leistung bei wachsender Standzeit- und Prozesssicherheit. Oerlikon Balzers betrachtet bei Zuschnitt und Bereitstellung von Hochleistungsschichten deshalb das gesamte Zerspansystem. Ziel ist die präzise Abstimmung von Schichteigenschaften, Werkzeugsubstrat und -geometrie sowie Schneidkantenausführung auf den Werkzeugeinsatz.

Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und Hochleistungszerspanung führen Werkzeuge schnell an ihre Grenzen. Weitere Werkzeugbelastungen entstehen beim Trockenbearbeiten oder Bearbeitung mit Minimalmengenschmierung. Der Trend zur Miniaturisierung verlangt Mikrozerspanwerkzeuge mit teilweise unter einem Millimeter Durchmesser, die kleinste Bauteile mit winzigen Strukturen prozesssicher bearbeiten können. Bei immer größeren Prozessgeschwindigkeiten und Belastungen darf zudem höchste Präzision nicht fehlen, denn die Fertigungstoleranzen werden immer enger. Die verlangte Oberflächengüte der Bauteil-Funktionsflächen soll sich bereits beim Zerspanen erzeugen lassen, ohne eine Nachbehandlung wie etwa Polieren.

Solche Trends haben grundlegende Konsequenzen für den Zerspanprozess: Zum Beispiel sind Fräswerkzeuge bei der Bearbeitung von Stählen mit einer Härte von 60 HRC und mehr enormen Belastungen ausgesetzt, da die Späne in den gehärteten Werkstoffen nicht geschnitten, sondern unter größter Wärme- und Kraftentwicklung gestaucht und gebrochen werden. Speziell an der Schneide wird das Klima durch die extreme thermische und mechanische Belastung buchstäblich immer rauer.

Leistungssteigernde Beschichtungen gewinnen darum an Bedeutung. Eine zunehmend wichtige Rolle spielt auch die Schneidkantenpräparation. Deswegen ist es sinnvoll, wenn sich Beschichter und Werkzeughersteller bereits in der Entwicklungsphase an einen Tisch setzen. Vor diesem Hintergrund bietet Oerlikon Balzers eine umfassende Leistungspalette an – angefangen mit der PVD-Hartstoffbeschichtung. Die Eigenschaften der erzeugten Schichten wie Härte, Struktur, chemische und thermische Beständigkeit sowie Haftfestigkeit lassen sich zielgenau steuern und auf den jeweils geforderten Nutzen zuschneiden. Der Beschichtungsprozess im Hochvakuum ermöglicht präzises, in hohen Stückzahlen reproduzierbares Aufbringen von mikrometerdünnen Schichten, die auch scharfe Schneidkanten konturgenau abbilden. Das Verfahren arbeitet umweltschonend bei relativ niedrigen Temperaturen zwischen 150 und 500 °C. Außerdem erlaubt das PVD-Verfahren die Wahl ausreichend zäher Substrate mit höchster Kantenstabilität. Dank ihrer hohen thermischen Stabilität, Warmhärte und Oxidationsbeständigkeit dringen die hohen Schnitttemperaturen nicht ins Werkzeug, sondern werden über den Span abgeleitet. Die beschichten Werkzeuge lassen sich mit wesentlich höheren Schnittwerten als unbeschichtete einsetzen und können Standzeiten beträchtlich steigern. Die PVD-Schichten sind speziell zugeschnitten: Die Aluminium-Chrom-Nitrid-Schicht Balinit Alcrona etwa erzielte außerordentliche Leistungssteigerungen bei der Trocken- und Nassbearbeitung von unlegierten Stählen beziehungsweise Stählen mit hoher Festigkeit und hoher Härte (bis 54 HRC). Sie lässt sich optimal auf HM- oder HSS-Schaftfräsern und HM-Wendeschneidplatten zum Schruppen und Schlichten sowie HM- und HSS-Abwälzfräsern wie auch CBN-Wendeschneidplatten zum Drehen einsetzen.

Die Hochleistungsschicht Balinit Aldura eignet sich vor allem zur Hartzerspanung, zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren Materialien und rostfreien Stählen. Sie wurde gezielt für Vollhartmetallwerkzeuge wie etwa VHM-Schaftfräser zum Schruppen und Schlichten gehärteter Stähle (50 bis 70 HRC) entwickelt und verfügt über eine außerordentliche Verschleißfestigkeit, höchste mechanische Belastbarkeit und Kantenfestigkeit sowie reduzierte Schnittkräfte. Ein neuartiger, dualer Schichtaufbau vereint dabei die Stärken bewährter Schichtsysteme: Eine Basisschicht aus Titan-Aluminium-Nitrid sorgt für ausgezeichnete Schichthaftung und hohe mechanische Belastbarkeit; die nanokristalline, auf Aluminium-Chrom-Nitrid basierte Funktionsschicht zeichnet sich durch exzellente Warmhärte, Oxidationsbeständigkeit und thermische Isolationsfähigkeit aus.

Die Stärken dieser PVD-Schicht belegen auch Einsatzbeispiele bei Kunden. Die Zecha Hartmetall GmbH setzt auf die hervorragende Haftung sowie die hohe Zähigkeit und mechanische Belastbarkeit von Balinit Aldura. Die μm-dünne Schicht gewährleistet zudem die Einhaltung der speziellen Werkzeuggeometrien und damit hohe Standzeiten und maximale Prozesssicherheit. Weiteres Beispiel ist die Kieninger GmbH, die spezielle Wendeschneidplatten mit maßgeschneiderter Hochleistungsschicht konstruierte. Die beste getestete Paarung von Wendeschneidplatte und Aldura-Beschichtung schlug sämtliche Vollhartmetallprodukte im internen Vergleich.Dafür setzte Kieninger ein verbessertes Substrat auf Basis eines Ultrafeinstkorn-Hartmetalls ein, die Schneidkante wurde definiert verrundet. Das Werkzeug erwies sich dabei als verstärkt prozesssicher – eine Grundvoraussetzung, um die geringeren Werkzeugkosten für Wendeschneidplatten in einen echten Produktionsvorteil ummünzen zu können.W

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