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CBN-Schneidstoff für Sintermetalle sorgt für gratfreie Bearbeitung

04.06.2008
Bauteile aus Sintermetallen sind aufgrund ihrer günstigen Herstellung und ihrer positiven Eigenschaften in der industriellen Serienproduktion sehr beliebt. Obwohl sie sich nah an der gewünschten Endkontur fertigen lassen, sind oft noch Nacharbeiten erforderlich. Das ist ein typisches Aufgabenfeld für CBN-Schneidstoffe. Für die gratfreie Bearbeitung von Sintermetallen sorgt ein neuer Schneidstoff.

Wo in der industriellen Produktion Bauteile in großer Stückzahl benötigt werden, fällt bei der Herstellung häufig die Wahl auf das Sintern. Dabei entstehen die Bauteile aus Pulvermischungen von elementarem Eisen, Fein-Erzen und Zuschlagstoffen, die auf verschiedene Weise zu so genannten Grünlingen gepresst werden.

Längeres Glühen der Grünlinge — meist unter reduzierter Atmosphäre bei zirka 80% der Schmelztemperatur — führt dazu, dass sich an den Berührungsstellen der Pulverkörner neue Kristallite bilden, die für den Zusammenhalt der Pulvermischung sorgen. Anschließendes Kalibrieren verdichtet die Pulvermassen zu einem festen, zähen Gefüge und steigert sowohl Maßgenauigkeit als auch Oberfläche des Sinterguts.Abschließend kann die Oberfläche, etwa zum Korrosionsschutz, nachbehandelt werden. Vielfach ist auch zusätzliches Härten möglich.

Beim Sintern lassen sich durch Mischen verschiedener Pulver Werkstoffe realisieren, die schmelzmetallurgisch kaum oder gar nicht zu realisieren wären, etwa Eisen-Aluminium, Kupfer-Graphit oder Kupfer-Zinn-Blei. Solche Materialien dienen zum Beispiel als Kontakt-, Reib- oder Gleitlagerwerkstoffe. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Metallsinterns ist, dass sich auch komplizierte und unsymmetrische Geometrien und Durchbrüche in hoher Qualität herstellen lassen.

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Bauteile aus Sintermetall für mechanische Belastung geeignet

So gelangen Bauteile aus Sintermetall zu vielfältigem Einsatz in Maschinen und Geräten. Meist sind es mechanisch belastete Teile, wie etwa Zahn- und Kettenräder, Kupplungs- und Sicherungselemente, Befestigungen und Lagerungen, die für verschiedenartige Antriebssysteme — vom Riemenantrieb bis hin zum Triebwerk — eingesetzt werden.

Bauteile aus Sintermetall finden sich aber auch in Stoßdämpfern oder Fahrzeugaufbauten. Selbst Filter für Gase und Flüssigkeiten gibt es aus Sintermetall.

Trotz der hohen Kosten für die Presswerkzeuge gilt das Sintern als günstiges, weil material- und energiesparendes Verfahren. Denn wegen der endformnahen Kontur, die sich durch das Sintern erreichen lässt, entsteht nur wenig Werkstückverlust bei der Bearbeitung. Aber eine abschließende mechanische Bearbeitung ist häufig erforderlich, weil sich beispielsweise genaue Querbohrungen oder passgenaue Gewinde beim Metallsintern bisher nicht oder kaum herstellen lassen.

CBN reagiert im Gegensatz zu Diamant nicht mit Eisen

Für die Bearbeitung von Sintermetallen hat Tungaloy seit Jahren den Schneidstoff BX 480 im Einsatz. Dabei handelt es sich um polykristallines kubisches Bornitrid (CBN), den nach Diamant zweithärtesten derzeit bekannten Schneidstoff.

CBN selbst entsteht ebenfalls in einem Sinterprozess, allerdings unter sehr hohen Drücken und Temperaturen. Seine Härte ist zweifach größer als die von Hartmetallen, und es bietet vor allem bei hohen Zerspantemperaturen enorme Standfestigkeit. Das Wesentliche aber: CBN reagiert im Gegensatz zum Diamant nicht mit Eisen.

CBN-Schneidwerkstoffe zur HSC-Zerspanung von gehärtetem Stahl und Super-Legierungen

Mit diesen Eigenschaften zielen die CBN-Schneidstoffe nicht nur auf die HSC-Zerspanung von Eisengusswerkstoffen, gehärtetem Stahl und Super-Legierungen, sondern gerade der BX 480 auch auf die Bearbeitung von Sintermetallen und insbesondere Sinterstählen. Mit einer Härte von etwa 4100 bis 4300 HV und einer Biegebruchfestigkeit um die 2 GPa ist er ideal für Bearbeitungen mit unterbrochenem Schnitt.

Nicht überall kommt es indessen auf kräftige, schnelle Bearbeitung an. Vielfach steht auch Gratfreiheit an erster Stelle des Ergebnis-Wunschkatalogs, etwa bei besonders beanspruchten Konturen, zum Beispiel den Übergängen von Zahnrädern. Also haben sich die Entwickler von Tungaloy daran gemacht, den bewährten Schneidstoff zu modifizieren und auf diese Anforderung hin zu optimieren.

Neuer CBN-Schneidwerkstoff mit noch kleineren Körnern

Bei dem neuen Schneidstoff BX 470 ist es gelungen, die Körner noch weiter zu verkleinern und so noch mehr Korn auf gleichem Raum unterzubringen. Das ergibt ein wesentlich ho-mogeneres Korngefüge und dadurch einen gleichmäßig aufgebauten Binderanteil. Zusätzlich wurde die Binderphase optimiert.

Ergebnis ist, dass in dem neuen Schneidstoff, bei unverändert hoher Härte und Zähigkeit, mehr CBN an der Schneide wirkt. Die kleineren Körner bilden eine ebene und scharfkantige Schneidenausführung. Bei verschleißbedingten Ausbrüchen geht so wenig Korn verloren, dass die Kontur der Schneide nur unmerklich beeinträchtigt wird und es beim Schnitt keine sichtbaren Spuren gibt. Mit anderen Worten: Die Schneidkante neigt weniger zur Verrundung und bleibt länger scharf.

Tungaloy hat den Schneidstoff in verschiedenen Anwendungen getestet. Unter der Prämisse geringster Gratbildung erreichte der BX 470 fast 600 bearbeitete Teile, während vergleichbare CBN-Wettbewerbsprodukte bereits nach etwa 350 bis 420 Teilen nicht mehr zu gebrauchen waren.

Wendeschneidplatte mit CBN-Schneidwerkstoff schafft fünffache Menge an Teilen

Ein Erfolgsbeispiel zeigte sich beim Schlichtdrehen eines Gleichlaufkörpers aus Sint-D39, einem kupfer- und nickelhaltigen Sinterstahl mit Zugaben von Molybdän und Kohlenstoff. Er zeichnet sich insbesondere durch seine hohe Zugfestigkeit von Rm = 600 N/mm2 aus.

Während bei den gleichen Einsatzbedingungen (vc = 250 m/min, f = 0,12 mm/U, ap = 0,15 mm) die CBN-Wendeschneidplatte des Wettbewerbs schon zwischen 200 und 485 Teilen immer deutlicher werdende Grate hinterließ, schaffte die mit BX 470 ausgestattete Wendeschneidplatte fast die fünffache Menge, nämlich 2400 Teile.

Dass der Preis pro Schneide bei CBN wesentlich höher ist als bei Hartmetall oder Cermets, stört die Anwender wenig, erhalten sie doch Werkzeuge, deren Standmengen sowie Produktivitätssteigerungen den höheren Preis leicht wieder einspielen. Werkzeuge mit den beiden CBN-Schneidstoffsorten BX 480 und BX 470 sind in der Lage, diesen Vorteil noch zu vervielfachen.

Jochen Daumen ist Leiter Vertrieb und Marketing bei der Tungaloy Europe GmbH in 40764 Langenfeld.

Jochen Daumen | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/spanende_fertigung/articles/123316/

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