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dihw MAGAZIN 4/2021

Die seit 2009 bestehende deutschsprachige Fachpublikation dihw MAGAZIN – DIAMANT HOCHLEISTUNGSWERKZEUGE – unabhängige Fachzeitschrift für PKD, PVD, CVD, CBN, Hartmetall – berichtet in einem vierteljährlichen Turnus über Werkzeuge zur Bearbeitung von Metallen, Metalllegierungen, Verbundwerkstoffen, Naturstein, Beton, Holz und Holzprodukten, Glas sowie sonstigen Produkten bis hin zum Wasserstrahlschneiden mit Diamantdüsen von Tiefkühlprodukten.

Titelstory

Titelstory Keramikfaser-Werkzeuge aus Hochleistungskeramik für beste Entgrat- und Polierergebnisse von Oberflächen, Kanten und Bohrungen Überall dort, wo Werkstücke ein besonderes Oberflächenfinish benötigen, sind Keramikfaser-Werkzeuge meist die erste Wahl. Hier trifft Hochleistungskeramik auf Teile, die Höchstleistung vollbringen müssen, vor allem in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie. Die einzigartigen Eigenschaften stellen die von herkömmlichen Drahtbürsten oder bestückten Nylonbürsten weit in den Schat- ten. So lassen sich mit Keramikfaser- Bürsten beispielsweise Querbohrungen und Oberflächen bearbeiten, während Schleifstifte ideal für punktgenaue Feinstentgratungen sind. Die prozesssicheren Entgrat- bzw. Polierabläufe können damit in die Komplettbearbeitung der Bauteile implementiert werden, sodass eine manuelle Nachbearbeitung überflüssig wird. Bei KEMPF, dem Entgratspezialisten aus Reichenbach-Fils, sind diese speziellen Keramikfaser-Werkzeuge ein wichtiger Bestandteil eines umfassendes Angebots an Entgrat- und Polierwerkzeuglösungen. KEMPF kann mittlerweile auf eine große Expertise an Anwendungen zurückblicken – vom winzigen Titanbauteil bis hin zu riesigen Motorblöcken, die unter anderem mit diesen Werkzeugen bearbeitet werden. Um es vorweg zu nehmen – nein, die Keramikfasern haben nichts mit einer gewöhnlichen Steinkeramik und noch weniger mit einer Kaffeetasse zu tun. Vielmehr steckt hinter dem eingesetzten Werkstoff eine „technische Keramik“, die im Gegensatz zur Kaffeetasse, die als Gebrauchskeramik bezeichnet wird, aus Al 2 O 3 Aluminiumoxid und speziellem Bindemittel bei hohen Temperaturen gesintert wird und erst dann ihre individuellen Eigenschaften erhält. Die daraus entstehende Oxidkeramik besitzt unter anderem eine hohe Härte (härter als Stahl) und eignet sich daher bestens zur Verwendung als Schneidstoff in der spanenden Bearbeitung. Darüber hinaus ist diese Art von Keramik sehr hitzebeständig, formstabil und verschleißfest – ideale Voraussetzungen also, um daraus Entgratwerkzeuge zu fertigen, die für die verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden können. Eine Auswahl der Keramikfaser-Bürsten im Überblick – links die kleinste Keramikfaser- Bürste des Typs BÜA13-EB01S „Mobil-Schleiffaser“ mit Durchmesser 1 mm in pink. Diese Bürste kommt hauptsächlich mit mobilen Endgeräten in der Feinstbearbeitung von kleinen Flächen und Kanten zum Einsatz. Daneben die Keramikfaser-Oberflächenbürste BÜA13-CB15M mit 15 mm Durchmesser in pink, die für die Bearbeitung von kleinen Flächen in der CNC-Maschine konzipiert ist. Die Rundbürste des Typs „Wheelbrush“ BÜW-A11-75 mit 75 mm Durchmesser ist speziell für die Bearbeitung von seitlichen Flächen und Kanten vorgesehen. Rechts daneben die blaue Keramikfaser-Crosshole-Bürste des Typs BÜCH-A33-7M mit 7 mm Durchmesser, die sich zum Entgraten von Querbohrungen eignet. Ganz rechts die Keramikfaser-Oberflächenbürste des Typs BÜA32-CB25M mit 25 mm Durchesser. Diese Bürste eignet sich besonders für etwas größere Oberflächen. Bei diesem Bürsten-Typ sind Durchmesser bis zu 200 mm erhältlich (XL). Da sich für diesen Werkstoff besonders Polier- und Schleifarbeiten anbieten, ist es naheliegend, die einzigartigen Eigenschaften der Hochleistungskeramik in einzelnen Fasern zu bündeln und komplette Bürstensysteme zu entwickeln, die herkömmlichen (Metall- oder Nylon-)Bürsten weit überlegen sind. Weil Keramik an sich sehr hart ist, die Faserstäbe jedoch gleichzeitig so flexibel sind, dass sie sich der Werkstückoberfläche anpassen, entsteht eine gleichmäßige Schleifwirkung, was wiederum zu konstanten und hervorragenden Polier- und Schleifeigenschaften führt und somit gleichmäßige Oberflächen erzeugt werden können. Darüber hinaus entsteht bei der Zerspanung kein Sekun- 6 dihw 13 · 4 2021

Titelstory därgrat und es findet keine Anhaftung durch den Selbstregenerationseffekt des Keramikwerkstoffs statt. All dies führt zu beachtlichen Oberflächengüten (Ra und Rz Werte), die im zerspanenden Verfahren mit anderen Werkzeuglösungen nicht oder nur schwer erreicht werden. „Gratfrei direkt von der Maschine“ – ein wesentlicher Vorteil für jede Serienfertigung Die vom Entgratspezialisten KEMPF vertriebenen Keramikwerkzeuglösungen mit den beschriebenen Xebec-Keramikfasern können dabei für die verschiedensten Bearbeitungen herangezogen werden. Dabei gilt stets das Ziel, „gratfrei direkt von der Maschine“ produzieren zu können und deshalb Werkzeuglösungen anzubieten, die sich in den gesamten Herstellungsprozess implementieren lassen. Mit dem Ziel, manuelle Entgrattätigkeiten komplett zu eliminieren. Vor allem bei Serienbauteilen mit hoher Fertigungsmenge sind die daraus entstehenden (Kosten-)Vorteile beachtlich. So konnte KEMPF bei der Firma Schwab CNC in Rot am See für eine Serienfertigung eines Actuator-Housings (Lenkgetriebegehäuse) aus Magnesium die komplette maschinelle Entgratung ermöglichen und damit die geforderten Qualitätsvorgaben mehr als erfüllen. Mit einer Auflage von 200.000 Stück pro Jahr keine leichte Aufgabe, denn die dafür benötigten Werkzeuglösungen waren bei Schwab CNC bis dato noch nicht im Einsatz. Neben den komplexen Konturen, die mit dem Back-Burr Maschinelle Entgratung mit einer Keramikfaser-Bürste des Typs BÜA11-CB40M mit Durchmesser 40 mm – diese fährt in wenigen Sekunden den gesamten Bauteilrand an der Unterseite ab und entgratet diesen vollständig. Die kontinuierliche Roboterbestückung sorgt für eine nahezu 100 % Auslastung der Maschine. Um eine gleichbleibende Schleifleistung über alle Teile hinweg zu garantieren, kann der Bürstenüberstand einfach mittels einer Madenschraube an der Aluminiumhülse nachgestellt oder ein Ausgleichshalter zur automatisierten Verschleißkompensation eingesetzt werden. Schwab CNC setzt bei dieser Anwendung auf eine Werkzeuglängen-Änderung von 0,0005 – 0,003 mm per R-Parameterprogrammierung der Bürste. Cutter & Path Entgratsystem bearbeitet wurden, mussten auch die Flanschfläche sowie alle Konturen auf der Unterseite des Bauteils entgratet werden. Die dafür verwendete Keramikfaser-Bürste des Typs BÜA11-CB40M mit roten Fasern sorgt dabei für den gewünschten gleichmäßigen Abtrag des Grates am Bauteil. Durch die einzigartigen Eigenschaften dieser Keramikfaser-Bürsten ist mit einem durchschnittlichen Verschleiß von 0,0005 mm pro Bauteil eine Standzeit von weit über 100.000 Bearbeitungen möglich. Um eine gleichbleibende Entgratleistung zu gewährleisten, setzt Schwab CNC zusätzlich auf eine Parameterprogrammierung der Bürstenlänge. Hierbei wird die reduzierte Werkzeuglänge der Bürste automatisch nach jedem Programmablauf durch eine erhöhte Zustellung kompensiert. Bei diesem Actuator-Housing (Lenkgetriebegehäuse) muss der Maschinenbediener erst nach 20.000 Bauteile die Bürste nachstellen. Auf die bisher manuell durchgeführten Entgrattätigkeiten an dem komplexen Bauteil konnte fortan verzichtet werden. Aber auch im Vergleich Links: Nach der Fräsbearbeitung der Zylinderköpfe aus Aluminium-Druckguss entsteht vor allem an den Gusskonturen ein erheblicher Grat. Dieser sollte vollständig und prozesssicher innerhalb der festgelegten Bearbeitungsdauer entfernt werden. Mitte: Die bisher eingesetzte Tellerbürste aus Nylon mit Schleifbesatz konnte die Vorgaben nicht erfüllen, sodass in der Serienfertigung immer noch Restgrat übrig blieb. Rechts: Das Ergebnis nach dem Einsatz der Xebec-Keramikfasern. Die Oberflächenbürste entfernte den kompletten Grat, die Prozessgeschwindigkeit konnte eingehalten werden und der Kunde war mehr als zufrieden. dihw 13 · 4 2021 7

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