Sunitomos binderlose CBN- & PCD-Werkzeuge: Neue Maßstäbe für Haltbarkeit & Vielseitigkeit in der Hartbearbeitung

Bei anspruchsvollen Zerspanungsaufgaben, die manchmal mehrere Werkzeugwechsel erfordern, ist ein langlebiges Werkzeug, das die Standzeit verlängert, hochwillkommen. Hier erfahren Sie, wie Sunitomos binderlose CBN- und binderlose PCD-Werkzeuge langlebige, hartschneidende Optionen für schwer zerspanbare Materialien bieten.

Sumitomo war stets bestrebt, seine Produktlinien zu modernisieren.

Das neueste Produkt seiner Forschungs- und Entwicklungsbemühungen ist ein Satz Schneidwerkzeuge, die dem Anwender größere Vielseitigkeit bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien wie Titanlegierungen geben.

Sumitomos Ingenieure haben es geschafft, binderloses CBN (kubisches Bornitrid) und binderloses PCD (polykristallinen Diamant) herzustellen.

Diese Produkte binden Nanometer- oder Submikron-Partikel direkt – ohne metallische Bindermaterialien. Diese „binderlose“ Technologie ist härter und hat eine bessere Wärmeleitfähigkeit als konventionelles CBN/PCD, was höhere Effizienz ermöglicht und ein großer Vorteil für Zerspaner ist, die Produktivität, Standzeit und Vielseitigkeit schätzen.

„Der Kunde fragt immer nach einem Werkzeug, das länger hält, bessere Oberfläche hinterlässt und weniger kostet“, sagt George Schendel, Applications Engineer bei Sumitomo Electric Carbide.

„Es war immer ein Ziel der Entwickler, ein Produkt ohne Binder herzustellen, weil sie Vorteile vermuteten“, fügt er hinzu. „Der Binder ist eine Schwachstelle im Schneidwerkstoff, aber niemand hat es je geschafft – bis unsere Wissenschaftler die aktuelle Lösung fanden.“

Die Wissenschaft hinter binderlosem CBN und PCD

In einem neu entwickelten Verfahren haben Sumitomo-Ingenieure kleine Kohlenstoffkristallkörner entwickelt, die kompakt angeordnet werden können und 100-mal kleiner sind als frühere Korngrößen. Diese Körner werden direkt miteinander verbunden, ohne Bindermaterial dazwischen, was einen extrem hohen Härtegrad bietet.

„Die traditionelle Methode mit metallischem Bindermaterial führt eine Verunreinigung in die Schneide ein. Wird das Produkt ohne Binder hergestellt, hat man eine sehr reine Schneide – sie hält länger und kann für den Anwender sehr kosteneffektiv sein“, sagt Schendel.

„Beim Sintern verzahnen sich die kubischen Gitter zwischen diesen winzigen Körnern miteinander, und die Korngröße wächst tatsächlich; sie wachsen zu größeren Körnern, die aber noch viel kleiner sind als in unseren konventionellen Produkten. Diese Körner verbinden sich miteinander, und die kubische Gitterverzahnung wird sehr stark“, erklärt Schendel.

Er erläutert, dass das ultimative Ziel dieser Schneidwerkzeugart Härte ist. Wenn bei konventionellen Werkzeugen ein Binder zur Synthese des Materials verwendet wird, schwächt er die Bindung zwischen den Materialkörnern – es gibt eine Stelle, an der die Werkzeugplatte versagen und die Schneide ihre Form verlieren kann, was bedeutet, dass sie nicht mehr performen kann.

„Indem wir auf einen Binder verzichten, machen wir die Bindung zwischen den Körnern stärker als das Korn selbst – das verbessert die Eigenschaften des Schneidwerkstoffs“, sagt Schendel.

Anwendungen binderloser Materialien

Sumitomos zwei binderlose Produkte sind:

Binderloses CBN (NCB100):

• Ideal für hocheffizientes Schlichten von Titanlegierungen, Kobalt-Chrom-Legierungen, Hartmetall und anderen schwer zerspanbaren Materialien.
• Bietet unerreichte Maßgenauigkeit und reduzierte Rauheit sowie drastisch verbesserte Standzeit für optimale Kosteneffizienz.

Binderloses PCD (NPD10/DA90):

• Am besten geeignet für Schlichtbearbeitung von Hartmetall und harten, spröden Materialien – primär Wolframcarbid und Hartmetall.
• Hält exzellente Maßgenauigkeit über lange Zeiträume.
• Ermöglicht hochpräzise Bearbeitung von Hartmetall mit nanopolykristallinem Diamant, der exzellenten Verschleißwiderstand bietet.
• Reduziert die Anzahl der erforderlichen Werkzeugindexierungen im Vergleich zu früheren Diamantwerkzeugen drastisch – verbessert Arbeitswirtschaftlichkeit und senkt Gesamtkosten.

Wie oben erwähnt, ist CBN hochwirksam für Titan und Titanlegierungen, während PCD für harte, spröde Materialien wie Wolframcarbid und Hartmetall verwendet wird, die heute meist geschliffen werden.

„Man könnte einen Hartmetall-Schaftfräser mit der NPD10 binderlosen PCD-Schneide schneiden, und einige Druckgusshersteller nutzen es für Hartmetall-Stempel, während Firmen, die Linsenkavitäten oder Linsenformen herstellen, es zum Schneiden der eigentlichen Kavität für die Linse einsetzen“, sagt Schendel. „Normalerweise müsste man schleifen, um diesen Block herzustellen – jetzt können wir Direktschnitte machen.“

Da die neue binderlose Technologie deutlich bessere Standzeiten ermöglicht, erhöht sie den Durchsatz für den Anwender – was signifikant ist, erklärt Schendel.

„Durch Verkürzung der Zykluszeit kann ein Hersteller schneller fertigen und mehr Teile pro Tag produzieren – das erhöht den Gewinn“, sagt er. „Oder ein Lohnfertiger kann einen kleineren Losauftrag schneller abschließen, sodass die Maschine für den nächsten Job frei wird – mehr Teile pro Jahr durch die Tür, immer ein großer Pluspunkt.“

Und wenn Werkstätten produktiver sind, brauchen sie weniger Maschinenbediener, fügt er hinzu: „Wenn sie jetzt Probleme haben, Arbeiter zu finden, hilft dieses Werkzeug, indem es ermöglicht, mehr mit weniger Leuten zu produzieren.“

Vorteile für Luftfahrt- und Medizintechnik

Binderlose CBN- und PCD-Werkzeuge finden in spezifischen Branchen Anwendung.

Zum Beispiel werden binderlose CBN-Werkzeuge vorwiegend in Luftfahrt und Medizintechnik eingesetzt. Die Luftfahrt nutzt viel Titan und Titanlegierungen. Die Medizintechnik ebenfalls Titan und Kobalt-Chrom für Knie- und Hüftgelenke.

Da die Fertigung von Teilen für diese Branchen teuer sein kann, hilft die Senkung der Stückkosten durch die Werkzeugperformance diesen Kunden bei ihren Gesamteinsparungen.

Testschneiden beim Drehen von Titanlegierungen mit Sumitomos NCB100 binderlosem CBN lieferten folgende Ergebnisse:

• Konsistente Spankontrolle und langlebige Schneide – hervorragende Kandidaten, um aktuelle stabile Schlichtprozesse mit Hartmetall zu ersetzen
• 3x längere Schneidzeit
• 9x mehr abgetragener Materialvolumen
• Minimierte Stillstandzeiten
• Reduzierter Bedieneraufwand
• Überflüssige Werkzeuge eliminiert
• Unbemannter Betrieb ermöglicht

Kostensenkung ist ein weiterer Vorteil, sagt Schendel.

„Zwar haben diese Artikel einen höheren Preis, aber der Return hat dem Kunden einen großartigen Wert gezeigt“, erklärt er.

In vielen Fällen kann unser traditionelles PCD (DA90) ein Werkstück kosteneffektiv schruppen und schlichten, fügt Schendel hinzu. „Mit DA90 schruppen und mit NPD10 binderlos schlichten – das ist der kosteneffektive Weg.“

„Und wenn Anwender einen Spiegelglanz in Hartmetall suchen oder sehr enge Toleranzen in Hartmetall halten müssen, können sie die Werkstückgröße kontrollieren und viel bessere Konsistenz, Teil für Teil, mit der binderlosen Option erreichen als mit traditionellem PCD“, fügt er hinzu.

„Unser Ziel ist immer, das Endergebnis für den Anwender zu verbessern, ihre Prozesse so profitabel und effizient wie möglich zu machen“, sagt Schendel. „Wir schauen immer auf die Kosten pro Teil des Nutzers im Vergleich zu ihrem aktuellen Prozess, weil unser Ziel ist, ihre Produktivität zu steigern.“

Welche Werkzeuge haben Ihre Werkstatt produktiver gemacht? Was setzen Sie für schwer zerspanbare Materialien ein? Teilen Sie Ihre Gedanken in den Kommentaren unten.