CBN - Bearbeitungsbeispiele

Innen– und Plandrehen bei harten Gusswerkstoffen

Neben der Leistungsfähigkeit der eingesetzten Schneidplatten zur Erzielung wirtschaftlicher Zeitspanvolumen kommt es insbesondere auf gute Standzeitmerkmale der Schneidkanten an, um deren schnelles Abstumpfen mit der Folge eines entsprechenden Schnittkraftaufbaus und damit eines verstärkten Verdrängens der Ausbohrspindel zu vermeiden, wodurch die geometrische Genauigkeit der zu erzeugenden Bohrungsflächen nachteilig beeinflusst wird. Solche Aufgaben werden häufig noch durch den Umstand erschwert, dass die Bohrungsflächen Schnittunterbrechungen in Form von Radialbohrungen oder Axialnuten aufweisen, die hohe dynamische Belastungen der Schneidkanten bedingen und Schwingungen im System hervorrufen. CBN Schneidplatten haben sich angesichts ihrer guten Leistungs-– und Standzeiteigenschaften auch bei solchen Anwendungen bewährt.

Innen– und Plandrehen bei harten Gusswerkstoffen - Beispiele für CBN-Bearbeitung

Lagersitz Stahlgusswalzenmantel roh ( 18% Cr )

Härte Shore C 80 - 85
Innen - Durchmesser mm 855
Lagerflächenbreite mm 55
Spindeldrehzahl n U / min
Schnittgeschwindigkeit v m /min 60
Schnitttiefe a mm 0,5 - 1,0
Vorschub s mm / U 0,4
Eingesetzte WSP CBN RNMN 120300 T
Standzeit 12 bis 14 komplette Sitze
( ~ 700 mm Lagerfläche !)

Stahlgussteil roh mit Axialnut ( G-X 165 CrMoV 12 )

Härte HRC 60
Durchmesser mm 430 / 220
Länge mm 110
Spindeldrehzahl n U / min
Schnittgeschwindigkeit v m /min 60 - 120
Schnitttiefe a mm 0,05 - 0,5
Vorschub s mm / U 0,3 - 0,4
Eingesetzte WSP CBN RNMN 090300 T
Standzeit 10 komplette Bearbeitungen ( stark unterbrochener Schnitt ! )

Überdrehen von Stahlwalzen

Das Bearbeiten von Walzen aus harten Stahl– und Gusswerkstoffen stellt Walzenhersteller und Walzenanwender immer wieder vor erhebliche Probleme, vor allem dann, wenn es um den Abtrag von Krusten bzw. Gusshaut oder mit Rissen, Aufschweißungen und Aushärtezonen durchsetzten Oberflächen geht. Während Schneidkeramikplatten den hier aus unterbrochenem Schnitt resultierenden dynamischen Schneidbelastungen nur unzureichend gewachsen sind, lassen Hartmetallwerkzeuge zur Erzielung realistischer Standzeiten nur sehr niedrige Schnittgeschwindigkeiten zu. Um jedoch an entsprechend großen Walzen wirtschaftliche Bearbeitungszeiten, d.h. hohe Abtragsleistungen bei gleichzeitig sicherem Bearbeitungsfortgang mit möglichst wenigen Schnittansätzen während eines Überlaufs zu gewährleisten, werden vermehrt CBN Schneidplatten für solche Bearbeitungsaufgaben eingesetzt.

Überdrehen von Stahlwalzen - Beispiele für Walzen-Bearbeitung

Bearbeitung von gebrauchten Stahlwalzen

Härte Shore C 90
Durchmesser mm 420
Länge mm 1700
Spindeldrehzahl n U / min 45
Schnittgeschwindigkeit v m /min 60
Schnitttiefe a mm 1
Vorschub s mm / U 0,3
Eingesetzte WSP CBN RNMN 120300 T
Standzeit 1700 mm in 126 min Ra = 0,6 – 1,2 µm

Neue Hartgussrohwalze ( ~ 18 % Cr )

Härte Shore C 80 – 85
Durchmesser mm 570
Länge mm 1700
Spindeldrehzahl n U / min 17
Schnittgeschwindigkeit v m /min 30
Schnitttiefe a mm 2,7
Vorschub s mm / U 0,3
Eingesetzte WSP CBN RNMN 120300 T
Standzeit 1060 mm in 210 min

 

CBN - Einsatzparameter

Schnittgeschwindigkeit Vc (m/min) beim Drehen

Material Vc (m/min Bemerkung
Kalt- und Warmarbeitsstahl 60 bis 200 Bei hohen Legierungsanteilen geringere Vc
HSS, martensitisch rostfreie Stähle 80 bis 180
Kugellagerstahl, oberflächengehärtete Stähle 80 bis 200 Kantengeometrie und CBN Sorte beachten
Cr – Hartguss 30 bis 70
Ni – Legierungen / Co – Legierungen 120 bis 220
Grauguss 220 – 260 HB 500 bis 800 Vc auch über 800 bei stabilen Verhältnissen

Schnittgeschwindigkeit Vc (m/min) beim Fräsen

Material Vc (m/min Bemerkung
Beim Fräsen unbedingt Stabilität beachten ! -> -> -> Fräser, Spannsystem und Werkstück !
Kalt- und Warmarbeitsstahl 80 bis 400 Bei hohen Legierungsanteilen geringere Vc
HSS, martensitisch rostfreie Stähle 120 bis 300
Kugellagerstahl, oberflächengehärtete Stähle 80 bis 400 Kantengeometrie und CBN Sorte beachten
Cr – Hartguss 30 bis 150
Ni – Legierungen / Co – Legierungen 120 bis 320
Grauguss 220 – 260 HB 500 bis 1200 Vc auch über 1200 bei stabilen Verhältnissen

Vorschubgeschwindigkeit S (mm/u) beim Drehen oder Sz (mm/Zahn) beim Fräsen

Material S (mm/U) oder Sz (mm/Zahn) Bemerkung
Kaltarbeitsstahl 0,05 bis 0,25
Warmarbeitsstahl 0,05 bis 0,20
HSS 0,05 bis 0,20
martensitisch rostfreie Stähle 0,10 bis 0,30
Kugellagerstahl 0,05 bis 0,25 Kantengeometrie und CBN Sorte beachten
oberflächengehärtete Stähle 0,05 bis 0,20
Cr – Hartguss 0,10 bis 0,30
Ni – Legierungen / Co – Legierungen 0,05 bis 0,25
Grauguss 220 – 260 HB 0,10 bis 0,40

CBN - Technische Informationen

Besonderheiten
Anders als bei PKD und Diamant reagiert CBN nicht mit den in diesen Werkstoffen vorhandenen Karbidbildnern. Ebenso wenig ist die anfallende Zerspanungswärme ein Problem für CBN, da dieser Schneidstoff erst ab einer Temperatur von ca. 1200° C mit Sauerstoff reagiert und somit über eine unerreichte Warmhärte verfügt.

So genannte Superlegierungen des Flugzeug– oder Reaktorbaus mit ausgeprägter austenitischer Phase und gleichzeitig hohen Zähigkeiten stellen für CBN - Werkzeuge grundsätzlich noch Einsatzgrenzen dar. Hier muss von Fall zu Fall ein Zerspanungsversuch Klarheit schaffen. Als typische Vertreter für derartige Werkstoffe seien hier Hoch - Nickel - legierte Werkstoffe wie Inconel 718 oder Nimonic genannt.

Grundeigenschaften
CBN, das in seiner Härte nur von Diamant übertroffen wird, wurde entwickelt, um Werkstoffe zu zerspanen, die mit PKD oder monokristallinem Diamant nicht bearbeitet werden können. Hauptanwendungsgebiete sind hier zur Zeit Eisenwerkstoffe mit Härten ab ca. 45 HRC, Grauguss, Cr - Hartguss und Verschleißlegierungen auf Kobalt-, Nickel- oder Eisenbasis.

Herstellungsprozess
Cubic Boron Nitride ( CBN ) ist ein Hochleistungsschneidstoff aus einer polykristallinen Masse von kubischem Bornitrid - Korn. Die Herstellung von CBN entspricht in ihrem Hochtemperatur - Hochdruck -Sinterverfahren dem von PKD.

CBN - Vergleichstabelle technische Eigenschaften

Typische Einsatzgebiete und Anwendungen

  • Eisenwerkstoffe ab 45 HRC
  • Gussstähle: Grauguss, Kugelgraphitguss, Cr - Hartguss
  • Hartmetalle: gesintertes Hartmetall (unterschiedliche Sorten, meistens Versuchsbearbeitung nötig)
  • Sinterstähle
  • Kalt- und Warmarbeitsstähle
  • Kugellager– und Federstähle
  • Oberflächengehärtete Teile, Aufschweißungen und Aufpanzerungen
  • Verschleißlegierungen: Kobaltbasis, Nickelbasis und Eisenbasis

Vergleichstabelle der technischen Eigenschaften


PKD
Mono- Diamant
Hartmetall ISO - K10
Al²O³
Young's Module [Gpa]
630
1045
615
372
Schub - Modul [Gpa]
279
401
258
147
Poissonschen Konstante
0,22
0,20
0,22
0,24
Grenzzug - Festigkeit [Gpa]
0,45
2,60
1,00
0,24
Druck - Festigkeit [Gpa]
2,75
8,68
4,51
4,00
Biegebruch - Festigkeit [Gpa]
0,75
-
1,70
0,26
Knoop-Härte bei 20 N Last [Gpa]
30 - 40
56 - 102
17,9
17
Wärmeleitfähigkeit [Wm-1K-1]
100
500 - 2000
100 - 110
8,2

 

Informationen zur Standardbestückung

Informationen zu Laser-Spanstufen u. Schneidstoffsorten

P K D

Für die Bestückung der ISO - Wendeschneidplatten und der Fullface Platten verwenden wir PKD Sorten auf Compound Basis. Hierbei ist eine ca. 0,5 mm dicke Diamantschicht mittlerer Körnung auf eine Hartmetallunterlage aufgesintert. Diese Compounds werden auf die Träger - WSP hart aufgelötet bzw. bei Fullface Platten in ihrer originären Beschaffenheit weiterverarbeitet. Die Schneidkantenlänge bei PKD Standardplatten beträgt in der Mehrwegversion 4,0 mm und in der Einwegversion 2,5 bis 3,0 mm. Details entnehmen Sie bitte der jeweiligen Artikelbeschreibung. PKD ist sowohl für Nass– und Trockenbearbeitung geeignet, bei entsprechender Werkzeugauslegung kann mit Minimalmengenschmierung gearbeitet werden.

P K D mit gelaserter Spanleitstufe

3 unterschiedliche gelaserte Spanleitstufen sind bei PKD - Mehrwegplatten realisierbar.

LWLS-01 F für die Schlichtbearbeitung
LWLS-02 M für die mittlere Bearbeitung
LWLS-03 R für die Schruppbearbeitung

C B N

Bei der Standardbestückung von CBN Schneidplatten verwenden wir vier verschiedene Qualitäten, die sich in ihrem Anwendungsspektrum unterscheiden.

Sorte 1: LWC - 100 Diese Sorte ist am besten geeignet für die Schrupp– und Mittlere Bearbeitung von Grauguss, Kugelgraphitguss, gesinterten Stählen, CrNi - Legierungen und Auftragslegierungen. Weiterhin erste Wahl für alle Fräsbearbeitungen.
Sorte 2: LWC - 200 Erste Wahl für die Fein– und Feinstbearbeitung von gehärteten Stählen, aber auch alle anderen Eisenwerkstoffe ab einer Härte von ca. 45 HRC und mehr. Drehbearbeitungen mit glattem Schnitt und leicht unterbrochener Schnitt.
Sorte 3: LWC - 250 Erste Wahl für die Fein– und mittlere Bearbeitung von gehärteten Stählen, aber auch alle anderen Eisenwerkstoffe ab einer Härte von ca. 45 HRC und mehr. Drehbearbeitungen mit leichten u. mittelstark unterbrochenem Schnitt.
Sorte 4: LWC - 350 Erste Wahl für die Mittlere Bearbeitung von gehärteten Stählen, aber auch alle anderen Eisenwerkstoffe ab einer Härte von ca. 45 HRC und mehr. Drehbearbeitungen von mittelstark bis stark unterbrochenem Schnitt.

Die Schneidkantenlänge bei CBN Standardplatten beträgt in der Mehrwegversion 4,0 mm und in der Einwegversion 2,5 bis 3,0 mm. Details entnehmen Sie bitte der jeweiligen Artikelbeschreibung.

Die Größe der Schneidkantenfase beträgt bei Mehrwegplatten 0,20 x 20°, bei Einwegplatten 0,15 x 15°.

Bei beiden CBN Sorten ist eine Trockenbearbeitung anzustreben, um Wärmewechselwirkungen an den Platten bzw. chemische Einflüsse durch Wasser oder Öl an den Schneidkanten zu vermeiden.

PKD - Bearbeitungsbeispiele

Bearbeitung von Verbundwerkstoffen
Verbundmaterialien auf der Basis von Holz, Kunststoffen oder faserverstärkten Materialien und Legierungen finden heute zunehmend Verwendung. Gesteigerte Leistungsanforderungen und höhere Qualitätsansprüche machen es notwendig, auch die Werkzeugkonzeption ständig zu verbessern. Diesen Kriterien wird man durch den verstärkten Einsatz von polykristallinen Diamantschneiden gerecht.

Die über Oberflächenbehandlungen und -beschichtungen aufgebrachten Zusatzstoffe bzw. eingebrachten Faserteile und Füllstoffe bringen naturgemäß negative Eigenschaften hinsichtlich der Bearbeitbarkeit dieser Materialien mit sich. Eine sorgfältige Schneidstoffauswahl ist hierbei eine der grundlegenden Vorraussetzungen für ein optimal arbeitendes Werkzeug.

Bearbeitung von Verbundwerkstoffen - Beispiele

Fräsen von Kerbnuten

Werkstoff Span- / Faserplatten lackiert / furniert
Maschine Türzargenfaltanlage Sondermaschine
Fräser Durchmesser * Breite mm 200 * 21,5
Kühlmittel ohne
Spindeldrehzahl n U/min
Schnittgeschwindigkeit v m/s !!! 31,4
Schnitttiefe a mm
Vorschub s mm/min 0,12
Standzeit pro Fräser 320 000 lfd. m

Drehen von GFK - Werkstücken

Werkstoff GFK / 65% Glasanteil Filament-Winding
Maschine
Durchmesser mm 54,0
Kühlmittel Trocken / Luft Staubabsaugung
Spindeldrehzahl n U/min 750
Schnittgeschwindigkeit v m/min 127
Schnitttiefe a mm 3,0
Vorschub s mm/U 0,533
Abtragsrate 200 cm³ / min

Bohrungsbearbeitung bei NE-Metallen und NE-Legierungen
In der Fertigung von Bauteilen aus NE-Metallen und NE-Legierungen, insbesondere im vollautomatischen Betrieb, bieten polykristalline Diamantwerkzeuge große wirtschaftliche Vorteile. Alternative konventionelle Werkzeugausführungen kommen bei solchen Anwendungen immer weniger zum Einsatz. PKD Werkzeuge haben sich insbesondere auch deshalb durchgesetzt, weil sich bei der Kostenkalkulation für Schneidstoffe ein Wandel vollzogen hat. Während früher mehr die Kosten der Schneiden (z.B. der Plattenpreis) für sich alleine betrachtet und verglichen wurde, werden heute bei Verwendung unterschiedlicher Schneidstoffe die Schneidstoffkosten pro Werkstück, also die Bearbeitungskosten, zueinander in Vergleich gesetzt. Hier kommen die Vorteile der PKD Werkzeuge, nämlich hohe Zerspanrate, lange Standzeiten und damit erheblich weniger Werkzeugwechsel sowie bessere Reproduzierbarkeit von Bearbeitungsergebnissen besonders zum Tragen.Bohrungsbearbeitung bei NE-Metallen und NE-Legierungen - Beispiele

Bohrungsbearbeitung bei NE-Metallen und NE-Legierungen - Beispiele

Feinbearbeitung von Stößelbohrungen

Werkstoff Al Si 12 Cu
Maschine Transferstrasse
Durchmesser mm 24 H7
Kühlmittel Emulsion 8% 20 bar / 15 l/min / zentral
Spindeldrehzahl n U/min 3700
Schnittgeschwindigkeit v m/min 280
Schnitttiefe a mm 0,1
Vorschub s mm/U 0,12
Standzeit pro PKD Schneide 50000 Teile

Feinbearbeitung von Einspritzpumpenbohrungen

Werkstoff Al Si 12 Cu
Maschine Transferstrasse
Durchmesser mm 17 H12 / 22 H7
Kühlmittel Emulsion 9% 30 bar / 30 l/min / zentral
Spindeldrehzahl n U/min 2500
Schnittgeschwindigkeit v m/min 133 ... 173
Schnitttiefe a mm 0,2
Vorschub s mm/U 0,15
Standzeit pro PKD Schneide 150000 Teile

PKD - Einsatzparameter

Schnittgeschwindigkeit Vc (m/min) beim Drehen

Material Vc (m/min) Bemerkung
Al- Legierungen 250 bis 2500 Bei hohen Legierungsanteilen geringere Vc
Kupfer 250 bis 2000 Hohe Span- und Freiwinkel anstreben
Messing / Bronze 200 bis 1500 Großen Keilwinkel anstreben, Spanwinkel meist 0°
Kunststoffe, CFK, GFK, Keramik 100 bis 1200 Nach Möglichkeit PKD Sondersorten auswählen
Titan 50 bis 150 Legierungsbestandteile berücksichtigen
Sinter - HM 30 bis 120 Abhängig von HM Sorte und Dichte


Schnittgeschwindigkeit Vc (m/min) beim Fräsen

Material Vc (m/min) Bemerkung
Al- Legierungen 500 bis 2500 Freiwinkel beachten è Vorschubwerte meist hoch!
Kupfer 200 bis 2500 Hohe Span- und Freiwinkel anstreben
Messing / Bronze 200 bis 1500 Großen Keilwinkel anstreben, Spanwinkel meist 0°
Kunststoffe, CFK, GFK, Keramik 100 bis 1200 Nach Möglichkeit PKD Sondersorten auswählen
Titan 50 bis 150 Legierungsbestandteile berücksichtigen
Sinter - HM 30 bis 120 Abhängig von HM Sorte und Dichte
Span- und Faserplatten Ab 2000 Maschinenstabilität beachten !


Vorschubgeschwindigkeit S (mm/u) beim Drehen

Material S (mm/u) Bemerkung
Al- Legierungen 0,05 bis 0,50
Kupfer 0,05 bis 0,50
Messing / Bronze 0,05 bis 0,50 Bronze mit max. 0,25 (Sprödbruchneigung an Kanten)
Kunststoffe, CFK, GFK, Keramik 0,05 bis 0,50 und mehr Keramik mit max. 0,25 (Sprödbruchneigung an Kanten)
Titan 0,05 bis 0,10
Sinter - HM ~ 0,10


Vorschubgeschwindigkeit Sz (mm/Zahn) beim Fräsen

Material Sz (mm/Zahn) Bemerkung
Al- Legierungen 0,05 bis 0,50
Kupfer 0,05 bis 0,50
Messing / Bronze 0,05 bis 0,50 Bronze mit max. 0,25 (Sprödbruchneigung an Kanten)
Kunststoffe, CFK, GFK, Keramik 0,05 bis 0,50 und mehr Keramik mit max. 0,25 (Sprödbruchneigung an Kanten)
Span- und Faserplatten Normal ab 1,0

PKD - Technische Informationen

Besonderheiten
Die Härte der PKD - Schicht entspricht nahezu der von monokristallinem Diamant und ist gepaart mit Zähigkeit, hervorragendem mechanischem Verschleißwiderstand sowie hoher Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus ist PKD ein isotroper Feststoff mit orientierungsunabhängiger Härte und Verschleißeigenschaft ohne Spaltebenen.

Grundeigenschaften
Durch die Verbindung der überragenden Härte und Verschleißeigenschaften des Diamanten mit den Festigkeitsmerkmalen des Hartmetalls stellt PKD einen Schneidstoff dar, der Zerspanungsleistungen bis an die Grenzen heute verfügbarer Werkzeugmaschinen und Zerspanungssysteme zu realisieren erlaubt.

Herstellungsprozeß
Polykristalliner Diamant ( PKD ) ist eine synthetisch hergestellte, extrem feste, zusammengewachsene Masse willkürlich orientierter Diamantkristalle, die durch Versintern sorgfältig ausgewählten Diamantkorns bei sehr hohen Temperaturen und extrem hohen Drücken entsteht. Der Sinterprozess, streng innerhalb des diamantstabilen Bereichs kontrolliert, ergibt eine überaus harte, isotrope Struktur. PKD - Schneideinsätze sind mit einer Hartmetallunterlage ausgestattet, auf die die polykristalline Diamantschicht während des Sinterprozesses gebunden wird.

PKD - Vergleichstabelle technische Eigenschaften

Typische Einsatzgebiete und Anwendungen

  • Al und Al - Legierungen
  • Buntmetalle: Kupfer, Messing, Bronze, Zink, Magnesium - Legierungen, Silber, Gold
  • Hartmetalle: vorgesintertes (grünes) Hartmetall, gesintertes Hartmetall
  • Kunststoffe und Gummi
  • Titanlegierungen
  • Spanplatten und Faserplatten
  • Keramik
  • GFK / Glasfaserverbundstoffe
  • CFK / Kohlefaserverbundstoffe

Vergleichstabelle der technischen Eigenschaften


PKD
Mono- Diamant
Hartmetall ISO - K10
Al²O³
Young's Module [Gpa]
815
1045
615
372
Schub - Modul [Gpa]
345
401
258
147
Poissonschen Konstante
0,22
0,20
0,22
0,24
Grenzzug - Festigkeit [Gpa]
1,29
2,60
1,00
0,24
Druck - Festigkeit [Gpa]
7,61
8,68
4,51
4,00
Biegebruch - Festigkeit [Gpa]
1,10
-
1,70
0,26
Knoop-Härte bei 20 N Last [Gpa]
50
56 - 102
17,9
17
Wärmeleitfähigkeit [Wm-1K-1]
560
500 - 2000
100 - 110
8,2