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BEARBEITUNG VON HARTMETALL

Die Bearbeitung von Hartmetall hat einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften und die Leistung der fertigen Werkzeuge.

Durch qualitativ korrekte Ausführung der einzelnen Bearbeitungsschritte kann die Lebensdauer von Werkzeugen deutlich erhöht werden.

Schleifen

Hartmetall kann mit diamantbeschichteten Schleifscheiben bearbeitet werden. Bei der Auswahl von Schleifscheiben sind deren Korngröße, die Art der Bindung (Kunstharz-,
Metallsinter-, keramische und galvanische) sowie Konzentration wichtige Faktoren.

 

Je größer das Schleifkorn

  • umso größer die Schleifkräfte
  • umso schlechter die Schleifscheibenstandzeit
  • umso schlechter die Oberflächengüte
  • umso höher die Schleiftemperatur

 

Je härter die Bindung

  • umso größer die Schleifkräfte
  • umso besser die Oberflächengüte
  • umso höher die Schleiftemperatur

 

Je höher die Konzentration

  • umso größer die Schleifkräfte
  • umso besser die Schleifscheibenstandzeit
  • umso besser die Oberflächengüte
  • umso höher die Schleiftemperatur

 

Die richtige Kühlung ist beim Schleifen außerdem von größter Bedeutung. Nach Möglichkeit sollte
immer mit Kühlung geschliffen werden. Ob mit Öl, Emulsion oder Wasser gekühlt wird, muss individuell entschieden werden.

Bei der Kühlung ist immer darauf zu achten, dass das Kühlschmiermittel auch tatsächlich „am Ort des Geschehens“ auftrifft um die optimale Kühlwirkung zu erzielen. Ist dies nicht der Fall können Schädigungen des Hartmetalls die Folge sein.

 

 

Erodieren

Beim funkenerosiven Bearbeiten wird Hartmetall in einem Dielektrikum (Wasser oder Öl) bearbeitet. Das Werkstück und das formgebende Werkzeug bilden jeweils eine Elektrode, zwischen denen es mit hoher Frequenz zu Entladevorgängen kommt. Ausgelöst werden die Entladungen durch das Überschreiten der elektrischen Durchschlagsspannung zwischen Formwerkzeug und Werkstück, die von dem Arbeitsstand und der Isolierfähigkeit des Dieletrikums bestimmt wird. Grundsätzlich wird zwischen Drahterodieren und Senkerodieren unterschieden.

Bei der Senkerosion ist das Werkzeug eine Elektrode mit der Negativform des gewünschten Resultats. Durch überlagerte Bewegungen der Hauptachsen können komplexe Formen erzeugt werden. Als Elektrodenwerkstoff dienen meist Wolfram-Kupfer, Kupfer oder Grafit. Als Dielektrikum kommt Öl zum Einsatz, d.h. das Korrosionspotential ist gering. Bei falschen Einstellungen können großflächige thermische Beschädigungen der Werkstückoberfläche verursacht werden.

Beim Drahterodieren erzeugt eine Folge elektrischer Spannungspulse Funken, die Material vom Werkstück (Anode) auf einen durchlaufenden dünnen Draht (Kathode) sowie in das trennende Medium, das Dielektrikum übertragen. Die Genauigkeit des Verfahrens beruht darauf, dass der Funke stets an der Stelle überspringt, an der der Abstand zwischen Werkstück und Draht minimal ist.

Fräsen von Hartmetall

Das Fräsen von Hartmetall ist in den letzten Jahren aufgekommen und weist einige Vorteile gegenüber anderen Bearbeitungsverfahren auf:

  • Verkürzte Bearbeitungszeit
  • Gute Oberflächenqualität: Ra-Werte bis zu 0,05
  • Herstellung komplexer Geometrien

 

Allerdings stellt das Hartmetallfräsen auch Anforderungen an die Werkzeuge: sie müssen 4 Mal härter sein als der zu bearbeitende Werkstoff. Aufgrund der mechanischen Eigenschaften und der Härte der Hartmetallsorten (800–2.200 HV30) werden in der Regel nur zwei Werkstoffe zur Bearbeitung verwendet: PKD- (polykristalliner Diamant) oder CVD- (diamantbeschichtete) Werkzeuge. Beide Werkstoffe haben eine Härte von ca. 8000 bis 10.000 HV30 und
sind daher für die Bearbeitung von Hartmetall geeignet.Generell gilt: Je härter das Hartmetall, desto schwieriger ist der Fräsvorgang und desto kürzer die Lebensdauer des Werkzeugs.

 

Hartdrehen von Hartmetall

Hartdrehen kann zum Schruppen mit hohen Abtragsraten und Schnitttiefen oder zur Herstellung komplexer Profile mit ausgezeichneter Oberflächengüte sowie geringem Materialabtrag und geringer Schnitttiefe eingesetzt werden.

Wie beim Hartmetallfräsen ist es wichtig, dass das Werkzeug für die Bearbeitung härter ist als das zu bearbeitende Hartmetall. Für die Schneideinsätze zum Drehen von Hartmetall wird in der Regel CBN (kubisches Bornitrid) und PKD (polykristalliner Diamant) eingesetzt.

CBN-Schneideinsätze werden für Hartmetallsorten mit einer Härte bis ca. 1100 HV30 eingesetzt.
So können beim Einsatz von Werkzeugen mit entsprechender Geometrie hohe Abtragsraten und große Schnitttiefen erreicht werden. Für härtere Hartmetallsorten mit Härtewerten bis ca. 1600 HV30 ist der Einsatz von PKD Schneidwerkzeugen erforderlich. Diese Schneideinsätze werden in der Regel mit dem Stahlkörper des Werkzeugs verlötet und können Oberflächenrauheiten von ca. Ra 0,1 erreichen.

Jedoch lassen sich nicht alle Hartmetallsorten wirtschaftlich bearbeiten.

  • Bei Härtegraden unter 1100 HV30 kann mit CBN- und PKD-Einsätzen bearbeitet werden.
  • Bei Härtegraden zwischen 1100 und 1600 HV30 ist die Bearbeitung auf Radien oder Profile beschränkt und nur noch PKD-Werkzeuge können eingesetzt werden.
  • Über 1600 HV30 ist eine Drehbearbeitung aus wirtschaftlichen Gründen nicht mehr sinnvoll.

 





Sandstrahlen von Hartmetall

Durch Sandstrahlen kann die durch vorhergehendes Erodieren entstandene thermisch belastete und die weiße Zone teilweise komplett entfernt werden. Weiter können Zugeigenspannungen in den Oberflächen in Druckeigenspannungen umgekehrt und die äußerste Randschicht des Hartmetalls verdichtet werden.

Auch Mikroausbrüche die beim Schleifen entstehen können, können durch Sandstrahlen entfernt werden. Besonders geeignet für das Finishing von Hartmetallwerkzeugen ist das Mikrostrahlen mit nachfolgendem Polieren der gestrahlten Flächen. Es bieten sich ein Strahlgut aus feinkörnigem Edelkorund für diesen Prozess an.

Polieren von Hartmetall

Polieren ist in der Regel der letzte Arbeitsgang zur Verbesserung der Oberflächengüte des Werkstücks. Dieser Arbeitsgang kann automatisch, maschinell oder manuell durchgeführt werden.
Bei Hartmetall erfolgt dies in der Regel mit Diamantpasten unterschiedlicher Korngröße, je nach Ausgangsrauheit der Oberfläche.

Beim maschinellen Innenpolieren wird eine Paste mit Diamantpartikeln durch das zu polierende Werkstück (z.B. Extrudieren-Honen) gepresst. Dieser reproduzierbare Prozess ermöglicht zwar das Polieren von tiefen und kleinen Löchern, erhöht aber die Oberflächengüte nur schwer wesentlich.

Das manuelle Polieren von Hartmetall erfolgt immer mit Diamantpasten, die mit verschiedenen Holz- oder Kunststoffträgern auf die Werkstücke aufgetragen werden. Durch Einsatz verschiedener Diamantpasten ist es möglich,
die Oberflächengüte zu verbessern.

Der Einsatz unterschiedlicher Korngrößen macht eine deutliche Verbesserung der Oberflächengüte  bis Ra 0,05 möglich. Je nach Geschicklichkeit des Bedieners kann es schwierig sein, den manuellen Prozess exakt nachzubilden. Bei Verwendung gröberer Diamantpasten können Profile/ Radien verformt werden.

Galvanische Beschichtung von Hartmetall

Verschleißbeständige Beschichtungen werden eingesetzt, um die Lebensdauer von Werkzeugen und die Prozessqualität zu verbessern. Die gängigsten Beschichtungsverfahren sind die PVD- (physikalische Gasabscheidung) und CVD Beschichtung (chemische Gasabscheidung).

CVD-Verfahren
Bei 1.000 °C reagieren Komponenten  eines Trägergases und bilden verschleißfeste Schichten an jeder Werkstoffoberfläche.

Vorteile:

  • Hohe Dicke
  • Höhere Verschleißfestigkeit
  • Ausgezeichnete Haftung, chemische Bindung mit dem Untergrund
  • Gleichmäßige Verteilung der Beschichtung, komplexe Geometrien etc. können beschichtet werden

 

PVD-Verfahren
Die physikalische Gasabscheidung beruht auf der Verdampfung des Materials, so dass es als dünner Film abgeschieden werden kann. Der feste Werkstoff wird entweder bis zur
Verdampfung erhitzt (thermische Verdampfung) oder durch Ionen zerstäubt (Sputtern).

Vorteile:

  • Niedrige Abscheidetemperatur (200–500 °C)
  • Beschichtung von Stahlteilen ohne Härteverlust möglich
  • Beschichten von gelöteten Werkzeugen möglich
  • Gute Maßgenauigkeit (kleinere Toleranzen möglich)