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Die Herausforderung des CBN/PCD-Teams bei der Entwicklung leistungsstarker, langlebiger CBN-Werkstoffe

Seit 2011 ist das Team für die Entwicklung der BC81-Serie (BC8110, BC8120) zuständig. Für die Entwicklung einer neuen CBN-Serie zur Bearbeitung von gehärtetem Stahl musste eine komplett neue Technologie erschlossen werden. Darauf nimmt ein Interview mit sechs Mitarbeitern der Forschung und Entwicklung Bezug, die sich dieser Herausforderung stellten.

Q: Erzählen Sie uns bitte, was der Anlass für die Entwicklung der BC81-Serie war.

Yumoto: 
Die Automobil- und die Maschinenindustrie befinden sich seit einigen Jahren auf Wachstumskurs. Dies hat zu einer steigenden Nachfrage nach CBN-Werkzeugen (kubisches Bornitrid) geführt, die sich für die Bearbeitung von Bauteilen aus gehärtetem Stahl eignen. 2010 führte Mitsubishi Materials die Sorte BC8020 ein, einen beschichteten CBN-Werkstoff für die allgemeine Zerspanung von gehärtetem Stahl, der jedoch in einigen Fällen hinter den Produkten der Konkurrenz zurückblieb. Diese Enttäuschung haben wir uns sehr zu Herzen genommen. Wir setzten in vollem Umfang auf die Stärken neuer Technologien und entwickelten den beschichteten CBN-Werkstoff der BC81-Serie.
 

Q: Was können Sie uns über die Entwicklung der Sorte BC8110 berichten?

Yumoto:
Die Sorte BC8110 wurde als beschichteter CBN-Werkstoff für den kontinuierlichen Schnitt von gehärtetem Stahl entwickelt. Unser Leitmotiv während des gesamten Entwicklungsprozesses waren die Vorstellungen unserer Kunden. Indem unser gesamtes Team bei der Produktentwicklung statt eines rein technologieorientierten Ansatzes einen streng nutzerorientierten Ansatz verfolgt hat, konnten wir dieses Ziel gemeinsam verfolgen, ohne es aus den Augen zu verlieren. 

Maekawa:In der Anfangsphase haben wir uns eingehend mit den Verbesserungsmöglichkeiten gegenüber Konkurrenzprodukten befasst. Wir kamen zu dem Schluss, dass der Verschleißwiderstand und die Bruchfestigkeit verbessert werden mussten. Also haben wir uns darauf konzentriert, einen CBN-Werkstoff mit hoher Bruchfestigkeit und verschleißfester Beschichtung zu entwickeln. 
 

Q: Wie ging diese Entwicklung dann vonstatten?

Yumoto:
Um einen CBN-Grundwerkstoff mit hoher Bruchfestigkeit zu entwickeln, haben wir uns zunächst auf die Verbesserung der Zähigkeit konzentriert. Allerdings wiesen alle gesinterten CBN-Grundwerkstoffe – auch die der Konkurrenz – dieselbe Art der Zusammensetzung auf. Damit war klar, dass die Produktion eines herkömmlichen CBN-Grundwerkstoffs letztlich nur zur gleichen Leistung führen würde. Um eine Zähigkeit zu erzielen, die sich von der Konkurrenz abhebt, haben wir daher eine neue Technologie mit einem ultrafeinen Teilchenbinder entwickelt. Im Vergleich zu unseren früheren Produkten und den Produkten der Konkurrenz konnten wir schließlich mit dem BC8110-Binder einen viel feineren Keramik-Teilchenbinder mit verbesserter Zähigkeit entwickeln. Auf dieser Basis haben wir dann auch einen äußerst hohen Bruchwiderstand erzielt.

Maekawa:
Nach der Entwicklung des Grundwerkstoffs machten wir uns an die Entwicklung einer Beschichtung mit möglichst hohem Verschleißwiderstand. In der Regel haften Beschichtungen an CBN-Werkstoffen weniger gut als an anderen Hartmetallwerkstoffen. Was also mussten wir tun, um sowohl Haftstärke als auch Verschleißwiderstand zu gewährleisten? Nach reiflicher Überlegung entschlossen wir uns dann, unsere einzigartige Miracle-Beschichtungstechnologie so zu modifizieren, dass sie auf CBN angewendet werden konnte. Um die optimalen Bedingungen herauszufinden, ging dies mit zahlreichen Versuchsreihen einher. Denn Hartmetall- und CBN-Werkzeuge verhalten sich bei der Haftung einer Beschichtung grundlegend verschieden. Außerdem haben wir neue Anlagen für die Fertigungsphase eingeführt und nach der Beschichtung einen neuen Arbeitsschritt hinzugefügt. Mit diesem zusätzlichen Arbeitsschritt gingen zwar gewisse Nachteile einher, um die gewünschte Leistung zu erzielen, musste aber auch der Fertigungsprozess einer umfassenden Prüfung unterzogen werden.​​​​​​​
Okada:
Um ganz ehrlich zu sein: Als Mitarbeiter in der Fertigung hatte ich meine Zweifel, ob eine größere Anzahl von Arbeitsschritten sinnvoll ist. Als mir ein Kollege aber mit Begeisterung klarmachte, dass wir das Ziel mit mehr Arbeitsschritte erreichen würden, musste ich ihm einfach glauben. Letztlich haben wir damit gute Ergebnisse erzielt, auch wenn nach wie vor Verbesserungsbedarf besteht.​​​​​​​
Yasuda:
In der Versuchsphase haben wir dann zusammen mit unseren Kunden wiederholt Feldversuche durchgeführt. Indem wir unseren Kunden eine neue Perspektive geboten haben, begannen sie unser Produkt mehr zu schätzen als das der Konkurrenz – insbesondere, da es uns letzten Endes gelungen ist, die Werkzeugstandzeit zu erhöhen.​​​​​​​​​​​​​​
Maekawa:
Die Kunden, die mit uns in der Versuchsphase zusammengearbeitet haben, forderten das Produkt bereits vor seiner Freigabe an, obwohl es sich um ein hochspezialisiertes Produkt handelte. Schon vor der Produktfreigabe eine solche Anerkennung zu bekommen, hat uns stark beeindruckt.

Q: Erzählen Sie uns etwas von der Entwicklung der Sorte BC8120.

Yumoto:
Die Sorte BC8120 aus den Jahr 2010 ist Nachfolgerin der beschichteten CBN-Sorte BC8020 für die allgemeine Zerspanung von gehärtetem Stahl. Mit der Sorte BC8020 traten einige Anwendungsprobleme auf, etwa eine schlechtere Präzision, weil sich die Beschichtung ablöste und beim kontinuierlichen Schnitt Brüche auftraten. Mit der Sorte BC8120 wollten wir diese Probleme lösen und Werkstoff entwickeln, der beim unterbrochenen Schnitt eine höhere Leistungsfähigkeit als Wettbewerbsprodukte hat.
Yasuda:
Die Sorte BC8020 blieb in mancherlei Hinsicht hinter den Produkten der Konkurrenz zurück. Uns war klar, dass uns die Entwicklung eines neuen Werkstoffs über einen Zeitraum von vier bis fünf Jahren noch weiter zurückwerfen würde. Also mussten wir unser neues Produkt in einem möglichst kurzen Zeitraum entwickeln. Am Ende brauchten wir gerade mal ein Jahr, um unsere CBN-Grundwerkstoffe und Beschichtungen zu verbessern.
Yumoto:
Bei der Erhöhung der Bruchfestigkeit des CBN-Grundwerkstoffs dachten wir zuerst, dass wir die Zähigkeit verbessern können, indem wir die ultrafeine Teilchenbinder-Technologie auf die Sorte BC8120 anwenden, welche für den CBN-Grundwerkstoff entwickelt worden war. Dies stellte sich jedoch als schwieriges Unterfangen heraus. Aufgrund des begrenzten Zeitrahmens arbeiteten wir sogar an den Wochenenden und produzierten ein Muster nach dem anderen. Schließlich gelang es uns, den ultrafeinen Teilchenbinder so anzuwenden, dass wir einen speziellen CBN-Grundwerkstoff für die Sorte BC8120 entwickeln konnten.
Maekawa:Was die Beschichtung betraf, bestand unser Ziel vor allem darin, die Delaminationen zu kontrollieren. Zunächst begannen wir mit der Untersuchung des Aufbaus und wandten eine neue Technologie an, mit der sich die Eigenspannung so beherrschen ließ, dass die Haftfestigkeit verbessert werden konnte. So gelang es uns, eine ganz neue Haftfestigkeit zu erzielen.

Q: Wurden besondere Anstrengungen bei der Fertigung der BC81-Serie unternommen?

Kodera:
Da es sich bei der BC81-Serie um eine neue Art von Werkstoff handelt, haben wir erst nach Verarbeitungsmethoden geforscht, nachdem wir ein umfassendes Verständnis des Werkstoffs hatten. Es war eine enorme Herausforderung, Proben in kurzer Zeit herzustellen, ohne die reguläre Fertigung zu beeinträchtigen.
Yumoto:
Herr Kodera ist ein Fachmann. Er konnte Proben dreimal so schnell wie andere Leute herstellen. Darum haben wir uns bei der Anfertigung der Proben immer wieder an ihn gewandt (lacht). Jemanden wie Herrn Kodera an Bord zu haben, ist für die Produktionsentwicklung ein enormer Gewinn.
Kodera:
Das Ergebnis wurde nicht von mir allein erzielt, sondern entstand in der Zusammenarbeit des Fertigungspersonals. Die Mitarbeiter des CBN/PCD-Teams halten unheimlich zusammen und stehen einander mit Rat und Tat zur Seite (lacht).​​​​​​​​​​​​​​
Kubota:
​​​​​​​In der Produktion erfahren wir von der Wertschätzung unserer Kunden. Wir hören, dass sie sich auf unser Produkt freuen – und das spornt uns zu größeren Anstrengungen an. Rückblickend betrachtet denke ich, dass unser Wunsch, herausragende CBN/PCD-Produkte herzustellen, für eine abteilungs- und funktionsübergreifende Solidarität gesorgt hat. Dank unserer vertrauensvollen Beziehung waren wir in der Lage, unsere Produktziele zu erreichen.
 

Q: Bitte richten Sie ein paar Worte an Ihre Kunden.

Yumoto:
Wir sind von der BC81-Serie absolut überzeugt, insbesondere vor dem Hintergrund der gemeisterten Herausforderungen. Wir werden proaktiv Zerspanungsversuche und PR-Tätigkeiten unternehmen und hoffen, dass Kunden unsere Produkte testen. ​​​​​​​​​​​​​​
Maekawa:
​​​​​​​In diesem Geschäftsjahr sollen mit der Sorte BC8105 ein beschichteter CBN-Werkstoff zum Schlichten von gehärtetem Stahl und mit der Sorte BC8130 ein beschichteter CBN-Werkstoff für den unterbrochenen Schnitt von gehärtetem Stahl eingeführt werden. Wir werden unseren Schwerpunkt aber auch auf weitere Entwicklungen legen. Sie dürfen daher gespannt auf unser künftiges Produktangebot sein.