Wendeschneidplatten stehen vor neuen Herausforderungen

Ursprünglich wurden sie wegen ihrer Leistungsfähigkeit bei der Entfernung schwerer Metalle vermarktet und bieten gleichzeitig eine längere Werkzeugstandzeit und Mehrpunkteffizienz. Die Dreheinsätze wurden jedoch aufgrund der Fortschritte bei Materialien, Maschinen, Methoden und sogar sozialen Faktoren immer ausgefeilter.

Fortschritte bei den zu schneidenden Materialien sind ein entscheidender Faktor bei der Entwicklung von Dreheinsätzen. Eine neue Generation von Materialien, darunter hitzebeständige Legierungen und speziell entwickelte, maßgeschneiderte Materialien, hat dazu geführt, dass Werkzeughersteller strategische Substrate und Beschichtungen sowohl für „Standard“-Wendeschneidplatten als auch für „spezielle“ oder kundenspezifische Wendeschneidplatten entwickelt haben. Laut Travis Coomer, nationaler Key Account Manager bei GWS Tool Group, Tavares, Florida, stellt die Kombination aus höheren Geschwindigkeiten und exotischeren Materialien, beispielsweise solche mit hohem Vanadiumgehalt, eine ständige Herausforderung für Werkzeughersteller dar, da Kunden nach noch mehr Effizienz streben.

„Sie benötigen Sorten und Beschichtungen, die den hohen Temperaturen beim Schneiden standhalten. Außerdem sind für viele Materialien wie Inconel oder Titan scharfe Geometrien erforderlich. Aber scharfe Geometrien und Schneidkantenvorbereitungen werden durch hohe Temperaturen stark beeinträchtigt, daher benötigt [der Einsatz] eine scharfe/positive Geometrie und eine Beschichtung, die Hitzebeständigkeit bietet, um eine ausreichende Werkzeugstandzeit zu erreichen“, sagte Lothar Unglaub, Director Marketing Portfolio Management bei Kennametal Inc ., Latrobe, Pennsylvania.

Edwin Tonne, Schulungs- und Technikspezialist bei Horn USA Inc., Franklin, Tennessee, kommentierte: „Die neuen Materialien werden mit günstigen Eigenschaften für bestimmte Anwendungen entwickelt und sind nicht unbedingt auf Schneidwerkzeuge ausgelegt. Dies gilt insbesondere für Bereiche wie medizinische Geräte und Implantate und führt zu einem Bedarf an Bearbeitbarkeitstests. Für diese Anwendungen entwickelte Einsätze erfordern hochhomogene, feinere Karbide, um eine gleichbleibende Qualität und eine längere Lebensdauer zu gewährleisten, sowie durch Sputtern aufgebrachte Beschichtungen, die zu einer verbesserten Dichte und einer besseren Haftung auf dem Substrat führen.“

Martin Dillaman, Manager für Anwendungstechnik bei Greenleaf Corp., Saegertown, Pennsylvania, wies auf die Probleme hin, die bei proprietären Materialien auftreten. „Wir müssen herausfinden, wie Materialien mit dem Substrat und der Beschichtung interagieren. Offensichtlich kann die Temperatur den Einsatz beschädigen, wenn sie zu hoch ist“, sagte er. „Die Lösung besteht darin, möglichst viele Informationen über das Material zu gewinnen. Bei herkömmlichen Materialien ist das einfacher, aber vom Kunden bereitgestellte proprietäre Materialien können äußerst schwierig sein, da sie sich häufig weigern, vollständige Informationen über die Chemie preiszugeben, und wir uns daher eher auf Versuch und Irrtum als auf Simulation verlassen müssen.“

Auf das Problem der Spankontrolle bei neueren Materialien verweist John Winter, Drehspezialist bei Sandvik Coromant, Fair Lawn, NJ: „In unserem Aerospace Tech Center forschen wir kontinuierlich an neuen Materialien. Die Spankontrolle ist ein großes Problem bei kohlenstoffarmen Stählen sowohl in der Luft- und Raumfahrt als auch in der Automobilindustrie. Tatsächlich bezeichnen wir es als „den Heiligen Gral“ in der Automobilbearbeitung. Um diese Frage zu beantworten, entwickeln wir Substrate aus Pulvermischungen mit hoher Hitzebeständigkeit und beziehen für Stahl- und Edelstahlanwendungen Inveio Technology in die Kristallausrichtung in Beschichtungen ein.“

Randy Hudgins, nationaler Produktmanager für Drehen und Gewindeschneiden bei Iscar USA, Arlington, Texas, betonte ebenfalls den Wert der Manipulation der Kristallstruktur. „Neue Sorten, die Reibung und Hitze reduzieren und so die Lebensdauer verlängern, einschließlich CVD-beschichteter Einsätze, haben maßgeblich zur Verbesserung der Delaminierung bei bestimmten Stählen beigetragen. Dies hat die Probleme mit schwer zu brechenden Spänen und geringerer Werkzeugstandzeit gemildert.“

Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Materialien, die für bestimmte Zwecke entwickelt wurden, werden von Jens Bald, Produktlinienmanager bei Seco Tools, Troy, Michigan, angeführt: „Diese Materialien werden für sehr spezifische Anwendungen entwickelt, wobei ihre Bearbeitbarkeit oder einfache Produktion oft außer Acht gelassen wird.“ Wir sehen, dass die Maschinenwerkstätten Schwierigkeiten haben, geeignete Methoden und Werkzeuge für die Bearbeitung dieser Materialien zu finden, und wir unterstützen sie mit unserem Fachwissen bei der Lösungsfindung. Bei Bedarf können die Einsätze – sowohl Substrat als auch Beschichtung – auf das spezifische, neue Material zugeschnitten werden.“

Auch die Reihenfolge der Produktionsabläufe kann beim Drehen harter Legierungen eine große Rolle spielen. Jim White, nationaler Vertriebsleiter, Carmex USA, Richfield, Wisconsin, erklärte: „Die maschinelle Bearbeitung nach der Wärmebehandlung spart enorm Zeit, ist aber wirtschaftlich nicht so einfach durchzuführen.“ Jegliche Unterbrechungen wie Rillen und Querlöcher führen in der Regel zum Bruch, daher macht es einen großen Unterschied, das richtige Gleichgewicht zwischen Substrathärte und Zähigkeit zu finden. Die neuesten Beschichtungen können 25 Prozent mehr Hitze aushalten als herkömmliche Beschichtungen wie AlTiN. Da hitzebeständige und gehärtete Materialien wie Nickel- und Titanlegierungen schwieriger zu bearbeiten sind, führen höhere Wärmebereiche zu besseren Standzeiten.“

Laut Mike Trimble, Produktmanager bei Vargus USA, Janesville, Wisconsin, ist es äußerst wichtig, „über den Tellerrand hinauszuschauen“ und die Fähigkeiten des Kunden zu kennen. „Wir sind auf Situationen gestoßen, in denen das Material, das der Kunde verwendete, einen hohen Abrieb aufwies Inhalte, die dazu führten, dass Filmmaterial mit niedrigerer Oberfläche ausgeführt werden musste. Unser Anwendungstechniker ist manchmal in der Lage, ein alternatives Material vorzuschlagen, das in der Anwendung genauso gut funktioniert und zu einer besseren Leistung und kürzeren Zykluszeiten führt. Es ist auch wichtig, die Leistungsfähigkeit der Maschinen des Kunden zu kennen, um sicherzustellen, dass der Einsatz ordnungsgemäß funktioniert. Darüber hinaus muss der Werkzeughalter berücksichtigt werden, insbesondere in schwierigen Spankontrollsituationen.“

Da sowohl die Maschinengeschwindigkeiten als auch die Verbreitung automatisierter Systeme zugenommen haben, ist die Spankontrolle zu einem vorrangigen Aspekt geworden. „Der Kunde benötigt Prozesssicherheit, und ein großer Teil davon kann die Spankontrolle umfassen, insbesondere wenn mehrere Maschinen beteiligt sind“, sagte Winter von Sandvik Coromant.

Hudgins von Iscar fügte hinzu: „Hochproduktionsbetriebe sind besonders auf die Spankontrolle bedacht. Beispielsweise steht die Luft- und Raumfahrtindustrie aufgrund der Vielzahl an Flugzeugen, die derzeit ausgetauscht werden müssen, unter enormem Druck. Ihr Einsatz neuer Hochtemperaturmaterialien erfordert eine effiziente Spankontrolle am Werkzeug sowie bei der Handhabung im gesamten System.“

Dillaman von Greenleaf verwies auf den Einfluss besserer Maschinenfähigkeiten. „So wie sich die Materialien weiterentwickelt haben, sind die Maschinen heute viel fortschrittlicher und bieten ein höheres Maß an Kontrolle.“ Trimble von Vargus USA stimmte zu. „Heutige Geräte sind viel schneller und Kunden können die Werkzeugleistung maximieren und gleichzeitig die Zykluszeiten verkürzen.“

Wenn es um die von Kunden gewünschten Merkmale und Eigenschaften geht, wird immer eine längere Werkzeugstandzeit genannt, obwohl diese in wirtschaftlich schwierigeren Zeiten eine größere Priorität erhält. „Letztes Jahr lag der Schwerpunkt auf der Produktivität“, sagte Dillaman. „Aus wirtschaftlichen Gründen scheint in diesem Jahr die Werkzeugstandzeit oberste Priorität zu haben.“

Hudgins stellte fest, dass die Kundendefinition der Werkzeuglebensdauer in hohem Maße mit der Zuverlässigkeit zusammenhängt. „Der Preis ist eine Sache. Die Kosten sind ein anderes. Um unseren Kunden einen größeren Mehrwert zu bieten, engagieren wir uns intensiv in Schulungen zum Einsatzverschleiß, um einen vorzeitigen Austausch zu verhindern.“

Während die Werkzeugstandzeit eine Selbstverständlichkeit ist, betonte Unglaub von Kennametal den Wert „höchstmöglicher Indexierungsgenauigkeit und präziserer Endbearbeitungsgeometrien“. Natürlich muss sich die längere Werkzeuglebensdauer durch eine gleichbleibende und wiederholbare Leistung auszeichnen.“

Laut White von Carmex sind im Allgemeinen eine längere Lebensdauer und die Möglichkeit, schnellere Zykluszeiten zu erreichen, Schlüsselfaktoren. „Beide tragen zur Kostensenkung bei, indem sie die Maschinenauslastung oder -effizienz erhöhen. Wenn Ihr Shop zu 50 Prozent effizient ist, wäre das eine äußerst beeindruckende Zahl. Die meisten liegen bei etwa 25 Prozent.“

Vorhersehbarkeit und Leistung werden von Abhay Chaubal, Produktmanager für Drehen, Gewindeschneiden und Nuten bei Seco Tools, genannt. „Je nachdem, was der Kunde herstellt, kann die Werkzeugstandzeit variieren. Die wichtigen Überlegungen sind vorhersehbare Prozesse und eine konstante Werkzeuglebensdauer“, sagte er.

Laut Trimble ist es wichtig, darauf zu achten, was der Kunde tut, und nicht nur darauf, welches Werkzeug er verwendet. „Wenn in einem automatisierten System eine Maschine ausfällt, geht die gesamte Linie verloren, sodass in manchen Fällen der Spanbruch eine vorrangige Überlegung ist. In anderen Fällen könnte es an der Konsistenz des Finishs liegen.“

Tonne of Horn USA fügte hinzu: „Die vom Kunden gewünschten Funktionen variieren je nach Markt. Beispielsweise befassen wir uns mit hohem Abtrag in der Luft- und Raumfahrt. Bei medizinischen Anwendungen sind Präzision und Verarbeitung die wichtigsten Anforderungen.“

„Da endkonturnahe Schmiede- und Gussteile immer häufiger hergestellt werden, ist eine bessere Oberflächenqualität wünschenswert“, stellte Winter fest. „Ebenso nimmt die Vielfalt der für Einsätze verwendeten Materialien zu“, sagte er. Whiskered-Keramik wird bei Schruppbearbeitungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie immer häufiger eingesetzt.“

Coomer von GWS stellte fest, dass bei Hochbearbeitungsanwendungen immer mehr Werkzeughersteller geschliffene statt geformte Oberflächen verwenden. „Es ist die Kombination aus Material und Geometrie, die eine erfolgreiche Drehwendeplatte ausmacht.“

Da Teile immer komplexer werden und die Zahl der Multifunktionsmaschinen (z. B. Dreh-/Fräsmaschinen) zunimmt, haben die Werkzeughersteller sowohl auf spezielle kundenspezifische Einsätze als auch auf Multifunktionswerkzeuge reagiert. „Wir sehen eine höhere Nachfrage nach maßgeschneiderten Kombinationswerkzeugen mit mehreren Einsatztaschen, unterschiedlichen Durchmessern, unterschiedlichen Fasen und unterschiedlichen Konturen, die mit nur einem Schnitt pro Werkzeug erzeugt werden können“, sagte Unglaub. „Wir sehen auch eine steigende Nachfrage nach Einsätzen mit komplexen Formen und Profilen. Bei Mehrfachanträgen gibt es Einzelfälle, einen allgemeinen Trend sehen wir aber noch nicht.“

Seco Tool's Bald sieht eine Zunahme kundenspezifischer Werkzeuge, insbesondere auf der höchsten Optimierungsebene, und stellte fest, dass viele frühere Spezialwerkzeuge jetzt „von der Stange“ sind. Chaubal von Seco kommentierte: „Zu den für verschiedene Anwendungen konzipierten Werkzeugen gehören Dreh- und Bohrwerkzeuge sowie unsere MDT-Wendeschneidplatten (Multidirektionales Drehen) zum Einstechen und Abstechen. In vielen Fällen umfasst der Spezialwerkzeugbau die Entwicklung von Kombinationswerkzeugen, die mehrere Werkzeuge in einem vereinen, z. B. Werkzeuge für die Innen- und Außenbearbeitung. Dies gilt insbesondere für die Massenproduktion, da es sich um Situationen handelt, in denen der Kunde das Teil wegen möglicher Zeit- und Präzisionsverluste nicht für Nachbearbeitungen auf eine andere Maschine übertragen möchte.

„Sonderangebote waren bei uns schon immer ein Hauptangebot“, sagte Tonne. „Mehr Kunden sind offen für Sonderangebote, um Versätze zu vermeiden und die Zykluszeit zu verkürzen. Sie werden auch verwendet, um komplexe Formulare mit minimalem Programmieraufwand zu erstellen. Beispielsweise kann die Horn Super Mini HP drehen, planen, bohren und bohren und spart so Werkzeugplätze und Wechselzeiten. Außerdem bieten mehrere Anwendungsbeilagen mehr Funktionen auf einmal.“

Hudgins betonte die Bedeutung des Werkzeughalters sowohl für Spezial- als auch für Multifunktionsanwendungen. „Werkzeughalter bestimmen nicht nur Länge und Reichweite, sondern können auch mehrere Taschen auf demselben Werkzeug bieten.“ Dillaman fügte hinzu: „Ein speziell entwickelter [Werkzeughalter] kann zwar teurer sein, kann aber sowohl bei Spezialanwendungen als auch bei der Suche nach Möglichkeiten zur Verdoppelung der Einsatzmöglichkeiten von Wendeschneidplatten von entscheidender Bedeutung sein.“ Mit dem richtigen Halter können wir manchmal Standardeinsätze verwenden, was im Laufe der Zeit zu deutlich geringeren Kosten führt.“

White wies darauf hin, dass bei Werkzeugen für mehrere Anwendungen Vorsicht geboten sei. „Man kann am Ende Effizienz zugunsten der Bequemlichkeit opfern“, sagte er. „Multitasking-Tools erledigen mehrere Vorgänge, erledigen aber oft keinen davon richtig. Beispielsweise kann ein bestimmtes Werkzeug zum Bohren, Anfasen und Gewindefräsen geeignet sein. Obwohl nur eine Werkzeugstation statt drei verwendet wird, nehmen alle Prozesse mehr Zeit in Anspruch, als wenn drei separate Werkzeuge verwendet würden.“

Trimble nannte einen besonders einzigartigen Grund für den Einsatz von Spezialwerkzeugen. „In der Öl- und Gasindustrie verlangen bestimmte Kunden spezielle Werkzeuge, um einzigartige Teile herzustellen, die nicht mit Teilen der Konkurrenz mit Acme-Gewinden kompatibel sind“, sagte er. „Ich denke, man würde dies den ‚proprietären Ansatz‘ für kundenspezifische Beilagen nennen.“

Die Entwicklung von Drehwendeplatten wird sich in naher Zukunft weiterhin auf „neuere Beschichtungen und Substrate für Geschwindigkeit und Werkzeuglebensdauer“ konzentrieren, sagte Dillaman. Unglaub fügte hinzu: „Das Gleichgewicht zwischen Zähigkeit und Verschleißfestigkeit wird weiterhin eine der größten Herausforderungen für Beschichtungen sowie für Substrate und die Vorbereitung der Schneidplattenkanten bleiben.“

Coomer sieht den anhaltenden Bedarf an einer Optimierung der Kombination aus Substrat und Beschichtung, während White feststellte, dass „ich in letzter Zeit mehr Innovationen beim Nuten für Dreharbeiten gesehen habe als beim Drehen.“ Die neuesten Innovationen erfordern in der Regel proprietäre Inhaber.“

Laut Winter umfassen die neuesten Ideen sowohl ISO-Taschen als auch proprietäre Taschen, die schneiderspezifisch sind. „In Zukunft werden die Prozesse verfeinert und sowohl den Halter als auch die Wendeschneidplatte betreffen.“ Trimble sieht „neue Möglichkeiten, Hochdruckkühlmittel an die Schneidkante zu bringen, und es wird Wachstum auf dem Press-to-Size-Markt geben.“

Hudgins stimmte zu und stellte fest, dass „1.000 psi Kühlmittel jetzt der Standard ist.“ Der zunehmende Einsatz des 3D-Drucks für viele Komponenten wird zur Entwicklung weiterer Einsätze für Schlicht- und Halbschlichtarbeiten sowohl bei rotierenden als auch prismatischen Teilen führen. Auch Einsätze für Nischenmärkte und Zusatzgeräte für automatisierte Anlagen werden zunehmen.“

Chaubal erwartete die anhaltende Anforderung, „den Kunden umfassendere Lösungen anzubieten, einschließlich Bildungsprogrammen, neuen Materialien, Endbearbeitungswerkzeugen für endkonturnahe und additive Fertigung sowie einer stärkeren Betonung von Nachhaltigkeit und Recycling im gesamten Dreh- und Bearbeitungsprozess“.

Auch die Hersteller von Dreheinsätzen wurden aufgefordert, bei der Bewältigung einiger der sozialen Herausforderungen zu helfen, denen sich die Fertigungsindustrie derzeit gegenübersieht. Für Tonne ist die Arbeitskraft einer der Hauptfaktoren, die Veränderungen beeinflussen. „Ehrlich gesagt sind die Arbeitskräfte aufgrund des Rückgangs der handwerklichen Ausbildung nicht mehr so ​​qualifiziert wie früher. Daher sind die Identifizierung des Schneidplattenverschleißes und die Benutzerfreundlichkeit zu Überlegungen bei der Konstruktion von Wendeschneidplatten und Werkzeughaltern geworden.“

Bald stimmte zu. „Es ist schwieriger geworden, Talente im Fertigungsbereich zu gewinnen. Als Reaktion darauf haben wir „Seco Technical Education Programs“ für Anwendungs- und Bearbeitungswissen sowie digitale Unterstützung auf unserer Website und der Seco Assistant-App entwickelt.“ Chaubal bemerkte außerdem: „Wir müssen Produkte entwickeln, die dem Maschinenbediener, der möglicherweise weniger erfahren ist, dabei helfen, das richtige Werkzeug zu finden.“

Zu den weiteren „sozialen“ Überlegungen, die Bald anführt, gehört der verstärkte Einsatz von recyceltem Material. „Derzeit enthalten unsere Produkte einen großen Anteil an recyceltem Hartmetall. Der Trend zu Recycling und Nachhaltigkeit nimmt in der gesamten Industrie zu.“

Klar ist, dass sich der Drehprozess – dank technologischer Fortschritte bei Materialien, Maschinen und Teilekomplexität sowie externen Faktoren wie Bedienerkompetenz und Nachhaltigkeit – ständig weiterentwickelt. Werkzeughersteller, die den Markt bedienen, müssen die Nachfrage der Kunden nach umfassenden und oft einzigartigen Lösungen mit dem Wettbewerbsdruck, der Betonung niedrigerer Preise und den hohen Kosten für Forschung und Entwicklung in Einklang bringen. Daraus ergibt sich zwangsläufig die Notwendigkeit, mit wichtigen Kunden zusammenzuarbeiten, den Informationsfluss bezüglich neuer Entwicklungen zu verbessern und zu rationalisieren und, wo möglich, Beziehungen zu Kollegen aufzubauen, die möglicherweise tatsächlich Konkurrenten in anderen Produktlinien sind.

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