Die Bearbeitung von Hartmetall wirkt sich ganz entscheidend auf die Eigenschaften und Merkmale der späteren Werkzeuge aus.
Die genaue Einhaltung von Qualitätsmerkmalen in den einzelnen Bearbeitungsphasen kann erheblichen Einfluss auf die Standzeit des Werkzeugs haben.
Hartmetall lässt sich mit Diamant-Schleifscheiben bearbeiten. Bei der Auswahl der Schleifscheiben spielen die Korngröße, die Art der Verbindung (Synthetikharz-, Metallsinter-, Keramik- oder galvanische Verbindung) und die Konzentration eine wichtige Rolle.
Je größer das Schleifkorn:
Je härter die Verbindung:
Je höher die Konzentration:
Beim Schleifen kommt der richtigen Kühlung eine besondere Bedeutung zu. Bei Schleifarbeiten sollte stets ein Kühlmittel verwendet werden. Ob sich Öl, eine Emulsion oder Wasser am besten als Kühlmittel eignet, richtet sich ganz nach der jeweiligen Anwendung.
Es ist darauf zu achten, dass das Kühlschmiermittel das Material dort erreicht, wo besonders viel Wärme entsteht, um eine optimale Kühlwirkung zu entfalten. Andernfalls kann es zur Beschädigung des Hartmetalls kommen.
Beim Funkenerodieren (auch EDM, von engl. Electric Discharge Machining) werden leitfähige Werkstoffe wie z. B. Wolframkarbid in einem Dielektrikum (Wasser oder Öl) spanend bearbeitet. Dabei fungieren das Werkstück und das Formwerkzeug jeweils als Elektrode, zwischen denen mit hoher Frequenz eine elektrische Entladung stattfindet. Der Entladungsvorgang wird jeweils durch Überschreitung der elektrischen Durchschlagspannung zwischen Werkstück und Werkzeug ausgelöst. Die Durchschlagspannung ist abhängig vom Abstand und von der Isolationsfähigkeit des Dielektrikums. Es wird grundsätzlich zwischen Drahterodieren und Senkererodieren unterschieden.
Beim Senkererodieren ist das Werkzeug eine Elektrode mit der Negativ-Form der beim Werkstück herzustellenden Form. Unter Einsatz mehrerer Achsen lassen sich hochkomplexe Formen erzeugen. Elektroden können aus Wolfram-Kupfer, Kupfer oder Grafit bestehen. Als Dielektrikum verwendet man Öl, was für geringe Korrosionsanfälligkeit sorgt. Werden jedoch falsche Einstellungen vorgenommen, können große Bereiche der Werkstückoberfläche thermisch beschädigt werden.
Beim Drahterodieren entstehen durch elektrische Spannungsimpulse Funken, die Material vom Werkstück (Anode) zu einem eingetauchten dünnen Draht (Kathode) sowie auch in das Separationsmedium (Dielektrikum) übertragen. Die Prozessgenauigkeit basiert darauf, dass der Funken immer dort überspringt, wo der Abstand zwischen Werkstück und Draht am geringsten ist.
Das Fräsen von Hartmetall ist in den letzten Jahren aufgekommen und weist einige Vorteile gegenüber anderen Bearbeitungsverfahren auf.
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 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 werden 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.
Durch Sandstrahlen können 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 bietet sich ein Strahlgut aus feinkörnigem Edelkorund für diesen Prozess an.
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 in wesentlichem Maße.
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.
Verschleißbeständige Beschichtungen werden heute immer öfter 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 (chemische Gasabscheidung)
Bei einer Temperatur von 1.000 Grad Celsius reagieren Komponenten eines Trägergases und bilden verschleißfeste Schichten an der Werkstoffoberfläche.
Vorteile:
PVD-Verfahren (physikalische Gasabscheidung)
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:
