Eine Beschichtung auf der Basis von HPN1 (Arno-Beschichtungssorte AP5830+) erhöht die

Eine Beschichtung auf der Basis von HPN1 (Arno-Beschichtungssorte AP5830+) erhöht die Werkzeugleistung und –lebensdauer beim HFC-Fräsen deutlich. (Bild: Arno Werkzeuge GmbH)

Kammrisse an Werkzeugschneiden können die Stahlbearbeitung stark beeinträchtigen. Die Karl-Heinz Arnold GmbH (Arno Werkzeuge) verhindert dies mit Hilfe der Beschichtung HPN1 von CemeCon.

Ostfildern (rm). Beim Kammriss setzt der dadurch unterbrochene Schnitt Beschichtung und Hartmetallsubstrat wechselnden thermischen Belastungen aus, was zu derartigen Rissen führt. Der Einsatz von Kühlmittel verstärkt den Effekt zusätzlich. Das kann zu schlechteren Werkstückoberflächen, im schlimmsten Fall auch zum plötzlichen Totalausfall des Werkzeugs führen.
Schon die kleinsten Risse an der Werkzeugschneide sind eine Schwachstelle und bergen die Gefahr, das Werkzeug früher als nötig aus dem Verkehr ziehen zu müssen. Oft ist es dann schon zu spät, und die Werkstückoberfläche hat bereits gelitten. Doch was tun? Bearbeitungsparameter in Richtung Sicherheit verschieben und somit wichtiges Zeitsparpotenzial verschenken? Oder die Werkzeuge wesentlich früher wechseln, mit größerem Werkzeugeinsatz und höheren Kosten als Konsequenz? Deutlich wirtschaftlicher ist eine optimierte Beschichtung, die beim Nassfräsen im unterbrochenen Schnitt möglichst lange und bei bester Zerspanqualität den Einsatz durchhält.
Mit dieser Forderung wandte sich Arno Werkzeuge an mehrere Beschichtungshersteller, die unterschiedliche Lösungen vorschlugen. Denn beim High-Feed Cutting (HFC) liegt der Fokus auf sehr hohen Vorschüben und somit großem Zeitspanvolumen. Gerade durch den unterbrochenen Schnitt geht das mit extremen Beanspruchungen einher: Während des Werkzeugeingriffs heizt sich die Schneide schnell sehr stark auf, kühlt dann aber nach dem Austritt aus dem Werkstück auch rasch wieder ab. Die eingesetzten Kühlschmierstoffe beschleunigen diese Zerreißprobe zusätzlich.

Die gesuchte Beschichtung sollte die Wendeschneidplatten Duo-Mill von Arno Werkzeuge also zweifach ergänzen: Zum einen musste sie den erheblichen Temperaturunterschied beim Zerspanvorgang gut wegstecken können. Zum anderen war es den Ostfildenern daran gelegen, die Performance der Werkzeuge allgemein zu verbessern. Insgesamt acht unterschiedliche Beschichtungslösungen stellten sich beim HFC-Fräsen zum Vergleich, darunter auch der Schichtwerkstoff HPN1 von CemeCon.
Dieser Schichtwerkstoff wird mithilfe der HiPIMS-Technik (High Power Impulse Magnetron Sputtering) hergestellt, die Härte und Zähigkeit der Werkzeuge verbessert. Bei dieser besonderen Form der Sputter-Technik werden hochenergetische Leistungspulse im Megawatt-Bereich in das Targetmaterial eingebracht, wodurch sich ein Plasma mit hoher Ladungsträgerdichte bildet. Diese hohe Ionisation des zerstäubten Targetmaterials führt zu einer Verbesserung der Schichtstruktur und der Eigenschaften von HiPIMS-Beschichtungen im Vergleich zu Beschichtungen, die mit herkömmlichen Verfahren abgeschieden werden: Sie zeichnen sich durch bessere Haftung und Oxidationsbeständigkeit sowie durch eine dichtere Schichtstruktur und erhöhte Härte bzw. niedrigere Eigenspannung aus.
Im Vergleich der Beschichtungen wurde ein St52-Stahl mit der Duo-Mill-Wendeschneidplatte SDMT 100415 (vc= 250 m/min, fz = 1,0 mm, ap= 1,0 mm) bearbeitet. Dabei variierten die ermittelten Standzeiten zwischen 18 und 38 min, mit mehr oder weniger starkem Verschleiß. Kammrisse, Ausbröckelungen bis hin zum kompletten Schneidenbruch waren beim Gros des Testfeldes zu beobachten. HPN1 von CemeCon jedoch zeigte nach 38 min lediglich minimalen Kerbverschleiß und eine Verschleißmarkenbreite von 0,10 mm. Gegenüber den Mitbewerbern bedeutete das eine Standzeiterhöhung von 40 %.

Beim Fräskonzept Duo-Mill sind zwei geometrisch verschiedene Wendeschneidplatten in einem Plattensitz gespannt. Dies ermöglicht unterschiedliche Fräsbearbeitungen mit nur einem Trägerwerkzeug durch zwei variierende Anstellwinkel. Eck- sowie HFC-Fräsen sind mit nur einem Trägerwerkzeug möglich, was Werkzeugkosten einspart und zugleich eine große Flexibilität für zahlreiche Bearbeitungsaufgaben schafft. Beschichtungen für den Stahlbereich sowie für Rostfrei, Guss- und für die Alu-Zerspanung stehen zur Wahl. Duo-Mill-Fräswerkzeuge gibt es als Einschraub-, Schaft-und Aufsteckfräser in den Durchmesserbereichen 25 bis 160 mm. Die Wendeschneidplatten Duo-Mill zeigen eine hohe Resistenz gegen extreme Temperaturunterschiede beim High-Feed Cutting.