Wie binderloses CBN und PKD von Sumitomo neue Maßstäbe für Schneidwerkzeuge setzen

Bei anspruchsvollen Bearbeitungsaufgaben, die manchmal mehrere Werkzeugwechsel erfordern, ist ein langlebiges Werkzeug, das die Lebensdauer verlängert, sehr wünschenswert. So bieten die bindemittelfreien CBN- und bindemittelfreien PKD-Werkzeuge von Sumitomo langlebige, schneidstarke Optionen für die Arbeit mit schwer zerspanbaren Materialien.

Sumitomo hat sich stets der Modernisierung seiner Produktlinien verschrieben.

Das neueste Produkt seiner Forschungs- und Entwicklungsbemühungen ist eine Reihe von Schneidwerkzeugen, die dem Endverbraucher eine größere Vielseitigkeit bei der Bearbeitung schwer zu schneidender Materialien wie Titanlegierungen bieten.

Den Ingenieuren von Sumitomo ist es gelungen, bindemittelfreie CBN- (kubisches Bornitrid) und bindemittelfreie PKD- (polykristalliner Diamant) Werkzeuge herzustellen.

Diese Produkte binden Partikel im Nanometer- oder Submikrometerbereich direkt, ohne metallische Bindematerialien zu verwenden. Diese „bindemittelfreie“ Technologie ist härter und hat eine bessere Wärmeleitfähigkeit als herkömmliches CBN/PCD, was eine höhere Effizienz ermöglicht und einen großen Vorteil für Maschinisten bietet, die Wert auf Produktivität, Standzeit und Vielseitigkeit legen.

„Der Kunde verlangt immer nach einem Werkzeug, das länger hält, ein besseres Finish hinterlässt und weniger kostet“, sagt George Schendel, Anwendungsingenieur bei Sumitomo Electric Carbide.

„Deshalb war es schon immer ein Ziel der Entwickler, ein Produkt ohne Bindemittel herzustellen, weil sie der Meinung waren, dass dies Vorteile bringen würde“, fügt er hinzu. „Das Bindemittel ist ein schwaches Glied im Schneidwerkzeugmaterial, aber niemand war jemals in der Lage, dies zu tun, bis unsere Wissenschaftler die aktuelle Lösung gefunden haben.“

Die Wissenschaft von Binderless CBN und PCD

In einem neu entwickelten Verfahren haben Sumitomo-Ingenieure kleine Kristallkörner aus Kohlenstoff entwickelt, die kompakt angeordnet werden können und 100-mal kleiner sind als frühere Korngrößen. Diese Körner sind ohne Bindematerial direkt miteinander verbunden und bieten eine sehr hohe Härte.

„Die traditionelle Methode der Verwendung eines metallischen Bindematerials führt eine Verunreinigung in die Schneidkante ein. Wenn das Produkt also ohne Bindemittel hergestellt wird, hat man eine sehr reine Schneide, hält länger und kann daher für den Benutzer sehr kostengünstig sein“, sagt Schendel.

Wenn wir das Material sintern, verschränken sich die kubischen Gitter zwischen diesen winzigen Körnern und die Korngröße wächst tatsächlich; sie wachsen zu größeren Körnern heran, die immer noch viel kleiner sind als das, was wir in unseren anderen konventionellen Produkten anbieten, aber diese Körner binden sich aneinander und die kubische Gitterverflechtung wird sehr stark“, sagt Schendel.

Er erklärt, dass das ultimative Ziel für diese Art von Schneidwerkzeug darin besteht, dass es hart ist. Wenn also ein Binder in herkömmlichen Werkzeugen zum Synthetisieren von Material verwendet wird, schwächt er die Bindung zwischen den Materialkörnern, was bedeutet, dass es eine Stelle gibt, an der der Werkzeugeinsatz versagen und die Schneidkante ihre Form verlieren kann, was auch bedeutet, dass sie nicht funktionieren kann mehr.

„Durch den Verzicht auf Bindemittel machen wir die Bindung zwischen den Körnern stärker als das Korn selbst, wodurch die Eigenschaften des Schneidstoffs verbessert werden“, sagt Schendel.

Bindemittelfreie Materialanwendungen

Die beiden bindemittelfreien Produkte von Sumitomo sind:

Binderloses CBN (NCB100):

• Ideal für die hocheffiziente Endbearbeitung von Titanlegierungen, Kobalt-Chrom-Legierungen, Hartmetall und anderen schwer zu schneidenden Materialien.
• Das Werkzeug bietet außerdem eine unübertroffene Maßhaltigkeit und reduzierte Oberflächenrauheit sowie eine drastisch verbesserte Standzeit, was zu einer optimalen Kosteneffizienz führt.

Bindemittelfreies PCD (NPD10/DA90):

• Am besten geeignet für die Endbearbeitung von Hartmetall und harten, spröden Materialien, hauptsächlich Wolframkarbid und Hartmetall.
• Behält über lange Zeiträume eine hervorragende Maßhaltigkeit bei.
• Erreicht eine hochpräzise Bearbeitung von Hartmetall mit nano-polykristallinem Diamant, der eine hervorragende Verschleißfestigkeit aufweist.
• Reduziert die Anzahl der Indexierungen des Werkzeugs im Vergleich zu früheren Diamantwerkzeugen erheblich, wodurch die Arbeitseffizienz verbessert und die Gesamtkosten gesenkt werden.

Wie oben erwähnt, ist CBN sehr nützlich für Titan und Titanlegierungen, während PKD für harte, spröde Materialien wie Wolframkarbid und Hartmetall verwendet wird, die die meisten Menschen jetzt schleifen.

„Man könnte einen Hartmetall-Schaftfräser mit der bindemittelfreien PKD-Schneide NPD10 schneiden, und einige Druckgusshersteller verwenden sie für Hartmetallstempel, während Unternehmen, die Linsenhohlräume oder Linsenformen herstellen, damit den eigentlichen Hohlraum für die Linse schneiden“, sagt Schendel sagt. „Normalerweise müssten Sie diesen Block schleifen, aber jetzt können wir direkt schneiden.“

Da die neue bindemittelfreie Technologie eine viel bessere Standzeit ermöglicht, erhöht sie den Durchsatz für den Endbenutzer, was erheblich ist, erklärt Schendel.

„Durch die Verkürzung der Zykluszeit kann ein Hersteller den Betrieb beschleunigen und mehr Teile pro Tag herstellen – was den Gewinn erhöht“, sagt er. „Oder ein Job-Shop kann eine kleinere Serie von Einheiten schneller fertigstellen, sodass die Maschine für den nächsten Auftrag verfügbar ist, sodass sie jedes Jahr mehr Teile durch ihre Tür bekommen, was immer ein großes Plus ist.“

Und wenn Betriebe produktiver sind, brauchen sie weniger Maschinenbediener, fügt er hinzu:„Wenn sie also jetzt Probleme haben, Arbeitskräfte zu finden, hilft dieses Tool, indem es ihnen ermöglicht, mit weniger Menschen mehr zu produzieren.“

Vorteile für Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik

Binderlose CBN- und PKD-Werkzeuge werden in bestimmten Branchen eingesetzt.

Beispielsweise werden binderlose CBN-Werkzeuge überwiegend in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik eingesetzt. Die Luft- und Raumfahrt verwendet viel Titan und Titanlegierungen. Die medizinische Industrie verwendet auch Titan und Kobaltchrom für Gegenstände wie Knie- und Hüftgelenke.

Da die Herstellung von Teilen für diese Branchen teuer sein kann, kann die Reduzierung der Kosten pro Teil durch die Leistung des Werkzeugs diesen Kunden bei ihren Gesamtkosteneinsparungen helfen.

Das Testschneiden beim Drehen von Titanlegierungen mit dem bindemittelfreien CBN NCB100 von Sumitomo ergab die folgenden Ergebnisse:

• Konsequente Spankontrolle und eine langlebige Kante, was die Werkzeuge zu großartigen Kandidaten macht, um aktuelle stabile Endbearbeitungsverfahren mit Hartmetall zu ersetzen
• 3X länger im Schnitt
• Das Neunfache der entfernten Materialmenge
• Minimierte Ausfallzeit
• Reduzierte Bedienereingaben
• Kein Bedarf an redundanten Tools
• Unbeaufsichtigter Betrieb aktiviert

Reduzierte Kosten sind ein weiterer Vorteil, sagt Schendel.

„Obwohl diese Artikel einen höheren Preis haben, hat die Rücksendung dem Kunden einen großen Wert gezeigt“, sagt er.

In vielen Fällen kann unser traditionelles PKD (DA90) ein Werkstück auf kostengünstige Weise schruppen und fertigstellen, fügt Schendel hinzu. „Grob mit dem DA90 und fertig mit dem binderlosen NPD10, und das ist die kostengünstigste Methode.“

„Und wenn Benutzer nach einer hochglanzpolierten Hartmetalloberfläche suchen oder eine sehr enge Toleranz bei Hartmetall einhalten müssen, können sie die Größe des Werkstücks steuern und mit der bindemittelfreien Option Teil für Teil eine viel bessere Konsistenz erzielen als mit traditionellen PCD“, fügt er hinzu.

„Unser Ziel ist es immer, das Endergebnis für den Endbenutzer zu steigern und seine Prozesse so rentabel und effizient wie möglich zu gestalten“, sagt Schendel. „Wir betrachten immer die Kosten des Benutzers pro Teil im Vergleich dazu, wie er ein Teil jetzt verarbeitet, denn unser Ziel ist es, seine Produktivität zu steigern.“

Welche Tools haben Ihnen geholfen, Ihren Shop produktiver zu machen? Was verwenden Sie, um schwer zerspanbare Materialien zu bearbeiten? Teilen Sie Ihre Gedanken in den Kommentaren unten mit.