Produktive Zerspanung von bleifreiem Messing

Die Forderungen nach geometrisch exakten Oberflächen von Messingbauteilen bis zum Hochglanz bei hochwertigen Armaturen u. a. bei Lifestyle-Produkten oder in der Automobil- und Elektroindustrie nehmen spürbar zu. Ebenso gewinnt der Einsatz bleifreier Kupferwerkstoffe wegen der neuen EU-Trinkwasser-Richtlinie immer mehr an Bedeutung. Der Werkzeugspezialist Horn, in Österreich vertreten durch WEDCO, hat auf die Anforderungen der Bearbeitung von bleifreien Kupferlegierungen reagiert und bietet mit seinem umfassenden Schneidstoffprogramm sichere und wirtschaftliche Lösungen.

Zur Hochglanzbearbeitung von (bleifreiem) Messing kommen Werkzeuge mit monokristallinem Diamant zum Einsatz. (Bildnachweis: Paul Horn GmbH, Nico Sauermann)

Zur Hochglanzbearbeitung von (bleifreiem) Messing kommen Werkzeuge mit monokristallinem Diamant zum Einsatz. (Bildnachweis: Paul Horn GmbH, Nico Sauermann)

Zur Verbesserung der Zerspanbarkeit wird Kupferwerkstoffen wie Messing seit jeher Blei zu legiert. Aufgrund veränderter Gesetzgebung zeichnet sich jedoch ein Verbot von Blei auf breiter Linie an. Durch den Verzicht auf Blei wird aber die Zerspanbarkeit dieser Werkstoffe signifikant verschlechtert. Erhöhter Werkzeugverschleiß durch Adhäsion und Materialaufschmierungen, die Bildung langer Band- und Wirrspäne und im Verbund geringere Prozesssicherheit und Produktivität sind die Folge. Eine Reihe bleifreier oder bleiarmer Kupferwerkstoffe wurde in den letzten Jahren entwickelt, um den neuen gesetzlichen Auflagen zu genügen. Bekannter Vertreter ist die unter dem Markennamen „Ecobrass“ oder „Cuphin“ geführte Messingsorte CuZn21Si3P sowie weitere Sondermessing-Werkstoffe wie zum Beispiel die Knetlegierung CuZn10Si4, die Gussvariante CuZn10Si4-C und viele andere.

Zur Veranschaulichung fertigte Horn anlässlich der Technologietage 2015 diese Enten-Tröte u. a. aus bleifreiem Messing.

Zur Veranschaulichung fertigte Horn anlässlich der Technologietage 2015 diese Enten-Tröte u. a. aus bleifreiem Messing.

Höhere Schnittkräfte und Werkzeugtemperaturen

Allgemein gilt, dass bei den bleifreien Messingwerkstoffen höhere spezifische Schnittkräfte und Werkzeugtemperaturen festzustellen sind. Sie liegen im Durchschnitt beim Doppelten oder Dreifachen des bekannten Automatenmessings CuZn39Pb3. Starke Werkstoff-Aufschmierungen auf der Spanfläche sowie auf der Freifläche vor allem bei der Bearbeitung von CuCr1Zn führen zum Herausreißen von TIAlN-Schichten und legen das Hartmetallsubstrat frei. Scharfkantige, beschichtete Schneiden unterliegen dabei ebenso, bedingt durch die hohe Adhäsionsneigung der bleifreien Cu-Werkstoffe und den hohen Zerspankräften, Verschleißarten wie Initialverschleiß in Folge von Mikroausbrüchen.

Im Vergleich zu TiAlN-Beschichtungen weisen eingesetzte Diamantschichten oder Diamantschneidstoffe eine wesentlich glattere Oberfläche, einen geringeren Reibwert, geringste Adhäsionsneigung und eine signifikant höhere Wärmeleitfähigkeit auf. Darüber hinaus besitzen Diamantbeschichtungen oder Diamantschneiden aufgrund ihrer hohen Härte einen hervorragenden abrasiven Verschleißwiderstand, sodass sie auch für die Trockenbearbeitung bestens geeignet sind. Die Schnittgeschwindigkeiten liegen beim Mehrfachen von TiAlN-beschichteten Schneiden. Mit ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit verringern sie auch den Wärmeeintrag ins Werkstück, was gerade bei kleinen und geometrisch anspruchsvollen Bauteilen die Maß- und Formgenauigkeit verbessert. Erhöhten Wärmeeintrag ins Bauteil, zum Beispiel bei der Bearbeitung von CuZn39Pb3, verhinderte früher dessen reibungsmindernder Bleifilm und muss heute durch andere Schneidstoffe mit anderen Eigenschaften verhindert werden.

An die Bearbeitungsaufgabe angepasst

Während keramische Schneidstoffe wegen ihrer hohen Adhäsionsneigung und geringen Wärmeleitfähigkeit ungeeignet sind, bewähren sich diamantbeschichtete Schneiden und Schneidstoffe wie PKD, CVD-Diamant und MKD mit noch höherem Leistungsprofil. Letzterer unübertroffen bei der Erzeugung von hochpräzisen Spiegelglanzoberflächen. Je nach Cu-Werkstoff oder Bearbeitungsart erweisen sich PKD oder CVD-Diamant als Schneidstoffe der Wahl. Die unterschiedlichen PKD-Sorten mit individuell zu schleifenden Schneidengeometrien erfüllen dabei maßgeschneidert die jeweiligen Anforderungsprofile. CVD-Diamant-Schneiden mit höchster Härte, präzisionsgelaserten, hochscharfen Schneiden und gelaserten Spanleitstufen sorgen auch bei Trockenbearbeitung für sicheren Spanbruch auch bei geringer Spandicke, hochgenaue Oberflächen und geringe Gratbildung.

Mit diesen an die Bearbeitungsaufgabe optimal angepassten Schneidstoffen wird eine signifikante Steigerung der Werkzeugstandzeit, der geometrischen Genauigkeit, der Oberflächenqualität, des Zeitspanvolumens, der Produktivität und vor allem der Prozesssicherheit erzielt.

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