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Ein Rotationshalter, der vor 20 Jahren entwickelt wurde

Alles fing mit einer Anfrage an: Ein Kunde wollte in einer Massenzerspanungsanlage die Zahl der Schneidenwechsel reduzieren und zugleich die Umfangsschneide der WSP vollständig nutzen. Die Erfüllung dieses unmöglich erscheinenden Wunsches verlangte Kreativität. Bei Mitsubishi Materials kam man auf die Idee, die WSP selbst rotieren zu lassen - und entwarf den rotierenden Halter. Um die WSP drehen zu lassen, experimentierte man in der Anfangsphase der Entwicklung nicht nur mit Gleitlagern, sondern auch mit Ölrückhalte-, Festschmierstoff- und Lagern aus Hartmetall mit DLC-Beschichtung. Doch mit keinem dieser Lagertypen konnte das Problem gelöst werden, dass die Drehung der WSP bei bestimmten Schnittdaten stoppte. 

Als sich herausstellte, dass eine zuverlässige Rotation der WSP mit Gleitlagern schwierig ist, wurde dieser Lagertyp durch ein Nadellager ersetzt. Prompt war das Problem der Rotation gelöst. Allerdings traten neue Herausforderungen auf: Nebenerscheinungen aufgrund der Schnitttemperaturen. Damit war es erst einmal schwierig, die Schmierung zu verbessern und das Eindringen von Spänen in das Lagergehäuse zu vermeiden. Eine Herausforderung stellte zudem das Downsizing dar. Schritt für Schritt wurde dann jedes einzelne Problem gelöst, etwa durch die Verwendung anderer Dichtungen. Am Ende hielt das Werkzeug den Anforderungen der Praxis stand. Dabei stellte sich im Einsatz heraus, dass der gesamte Umfang der WSP genutzt werden kann. Es zeigte sich aber auch, dass die geringere relative Geschwindigkeit zum Werkstück zu einem besseren Verschleißwiderstand führt.

Unerwarteten Schneidenbruch mit Rotationshalter vermeiden

Mitsubishi Materials hat mit dem Rotationshalter ein drehendes Werkzeug entwickelt, das so gestaltet ist, dass die Schnittkräfte die runde Hartmetall-WSP automatisch zum Rotieren bringen. Das hat folgende Vorteile:
1. Durch die einheitliche Abnutzung der WSP muss die Position nicht verändert werden bis die Platte verbraucht ist.
2. Die konstante Bewegung der Schneide verhindert den Grenzverschleiß (siehe untere Spalte) an der Schneidkante.
3. Dank der verteilten Schnittwärme wird die Abnutzung der WSP reduziert.
Wie die nachstehende Abbildung zeigt, führen diese drei Vorteile zu einer längeren Werkzeugstandzeit als bei einem Werkzeug mit unbeweglicher WSP. Besteht das Bauteil aus einem zähen Material, kann aufgrund der hohen Temperaturen beim Schnitt ein unerwarteter Schneidenbruch auftreten. Außerdem kann es zur Kaltverfestigung des Werkstücks kommen. Bei einem herkömmlichen Werkzeug lässt sich ein unerwarteter Schneidenbruch durch niedrigere Schnittdaten vermeiden. Dies setzt allerdings die Effizienz der Bearbeitung herab. Mit dem rotierenden Werkzeug muss nicht mit niedrigeren Schnittdaten gearbeitet werden, weil die Schneidkante des Werkzeugs beim Schnitt rotiert, was die Bearbeitungseffizienz verbessert und die Werkzeugstandzeit verlängert.

Der rotierende Halter kam vor circa 20 Jahren auf dem Markt und wurde von den Kunden aufgrund seines neuartigen Mechanismus und seiner Zerspanungsleistung gut angenommen. Aufgrund späterer Kostensenkungen und Leistungserhöhungen bei herkömmlichen Werkzeughaltern gehört er heute aber nicht mehr zu den Standardwerkzeugen von Mitsubishi Materials. Dennoch stellt er weiterhin ein wirksames Werkzeug zur Vermeidung unerwarteter Schneidenbrüche dar. Nicht zuletzt steht sein Nutzen derzeit wieder auf dem Prüfstand, weil immer mehr Bauteile aus schwer zerspanbaren Werkstoffen gefertigt werden. An einem Rotationswerkzeug der nächsten Generation, das den Werkstücken und Fertigungsmitteln von heute entspricht, arbeiten gegenwärtig junge Werkzeugentwicklungsingenieure von Mitsubishi Materials. Dabei nutzen sie intensiv die Expertise des Entwicklungsteams von vor 20 Jahren. Bleiben Sie dran!

Grenzverschleiß

Herkömmliche Werkzeuge werden oft vom Grenz- oder Kerbverschleiß beeinträchtigt, bei dem die Schneidkante von einer kaltverfestigten oder geschmiedeten Werkstückoberfläche angegriffen wird (siehe nachstehendes Diagramm). Dabei tritt die Kaltverfestigung eines Werkstoffes infolge der plastischen Verformung bei der Zerspanung auf. Kommt es dann zum Kontakt der WSP mit der kaltverfestigten Schicht des Werkstoffes, tritt zudem Grenz- oder Kerbverschleiß auf. Auch die zähen Oberflächen von Gusswerkstoffen oder geschmiedeten Oberflächen können Kerbverschleiß verursachen. Im Vergleich zu anderen Werkstoffen sind INCONEL®718 und rostfreie Stähle für eine Kaltverfestigung besonders anfällig, was das Risiko des Kerbverschleißes erhöht. 

INCONEL® ist ein eingetragenes Warenzeichen von Huntington Alloys Canada, Ltd.