Massive CBN-Wendeschneidplatten für das Hartdrehen: Wann sollten sie eingesetzt werden?
Massive CBN-Wendeschneidplatten können den Bearbeitungsbereich beim Hartdrehen erweitern, wenn eine herkömmliche Wendeschneidplatte PCBN-Einsatz bietet nicht genügend nutzbare Schneidkantenlänge, Schnitttiefe oder Flexibilität für die erforderliche Schneidstrategie.
Allerdings ist massives CBN nicht automatisch die bessere Wahl für jede Bearbeitung von gehärtetem Stahl.
Beim konventionellen Schlichtdrehen mit geringer Schnitttiefe stellt ein gelöteter oder eckbestückter PCBN-Einsatz oft eine wirtschaftlichere Lösung dar. Massives CBN kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn der Arbeitsgang eine größere Schneidkantenausnutzung, tiefere Schnitte, Zieh-Schnitt-Strategien oder eine andere Verteilung der Bearbeitungsdurchgänge erfordert.
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Was ist ein massiver CBN-Einsatz?
CBN, kurz für kubisches Bornitrid, ist einer der härtesten Werkstoffe für Schneidwerkzeuge, die in der Metallbearbeitung zum Einsatz kommen. In handelsüblichen Schneidwerkzeugen wird CBN in der Regel in polykristalliner Form verwendet, die gemeinhin als PCBN bezeichnet wird.
Ein herkömmlicher PCBN-Einsatz mit Spitze besteht in der Regel aus einer Kombination aus Hartmetalleinsatz Körper, an dem an einer oder mehreren Ecken ein relativ kleines PCBN-Schneidsegment angebracht ist. Diese Konstruktion ist weit verbreitet, da das teure superharte Material nur dort zum Einsatz kommt, wo es benötigt wird.
Ein massiver CBN-Einsatz enthält eine wesentlich größere Menge an PCBN-Material und kann – je nach Ausführung – ohne den bei Einsätzen mit Schneidspitzen üblichen Hartmetallträger hergestellt werden.
Der entscheidende Vorteil besteht nicht lediglich darin, dass mehr CBN-Material vorhanden ist. Der größere PCBN-Querschnitt bietet eine längere nutzbare Schneidkantenlänge und mehr Freiheit bei der Ausrichtung der Schneidkante.
Dies kann bei Bearbeitungsstrategien von Bedeutung sein, die eine größere Einstechtiefe, längere aktive Schneidkanten oder Schneidwege erfordern, die mit einer kleinen, gelöteten PCBN-Spitze nur schwer zu realisieren sind.
Massive CBN-Einsätze im Vergleich zu PCBN-Einsätzen mit Beschichtung
Die beiden Konstruktionen sind nicht in jeder Anwendung direkt austauschbar.
| Auswahlkriterium | Massives CBN | Gespitzt / Gelötet PCBN |
|---|---|---|
| Einfügekonstruktion | Großer oder vollflächiger PCBN-Schneidkörper | PCBN-Schneideinsatz auf Hartmetallkörper |
| Nutzbare PCBN-Schneide | Größere Auswahl an passenden Designs | Eingeschränkt durch die Geometrie der PCBN-Spitze |
| Innovatives Engagement | Größere Flexibilität bei ausgewählten Anwendungen | Gut geeignet für herkömmliche kleine Einsätze |
| Größere Schnitttiefe | Möglich bei geeigneten Güteklassen und Ausführungen | Oft eher durch die Größe der Spitze eingeschränkt |
| Strategien für das Ziehschneiden | Kann mehr Flexibilität bieten | In der Regel weniger flexibel |
| Konventionelles Hartdrehen zur Endbearbeitung | Geeignet, sofern dies gerechtfertigt ist | Oft sehr praktisch |
| Einsatzkosten | Im Allgemeinen höher | Im Allgemeinen niedriger |
| Wichtigste Auswahlkriterien | Prozessfähigkeit und Produktivität | Kostengünstiges konventionelles Hartdrehen |
Der richtige Vergleich lautet daher nicht einfach:
Welcher Einsatz ist härter?
Beide verwenden PCBN als Schneidstoff.
Die sinnvollere Frage lautet:
Profitiert der Bearbeitungsvorgang von der zusätzlichen nutzbaren PCBN-Schneide, die durch eine massive Bauweise ermöglicht wird?
Wann ist massives CBN sinnvoll?
Wenn noch mehr Innovation gefragt ist
Ein herkömmlicher PCBN-Wendeschneideinsatz mit Spitze enthält an der Schneidkante ein begrenztes PCBN-Segment.
Für gewöhnliche Endbearbeitungsvorgänge ist dies oft mehr als ausreichend. Bei einigen Bearbeitungsstrategien ist es jedoch erforderlich, dass ein längerer Abschnitt der Schneide mit dem Werkstück in Kontakt kommt.
Ein massiver CBN-Einsatz bietet bei diesen Anwendungen mehr Flexibilität, da der nutzbare PCBN-Bereich nicht auf eine kleine Eck Spitze beschränkt ist.
Dies kann von Vorteil sein, wenn sich die Schnittbahn über einen größeren Abschnitt der Kante erstreckt oder wenn die Bauteilgeometrie einen stärkeren Eingriff der Schneidkante erfordert.
Wenn eine größere Schnitttiefe erforderlich ist
Bestimmte CBN-Wendeschneidplattensysteme können mit größeren Schnitttiefen eingesetzt werden als herkömmliche PCBN-Ausführungen mit Schneidspitzen.
Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Bearbeitungsaufmaß für einen wirtschaftlichen Hartdreh-Schlichtdurchgang zu groß ist oder wenn das Ziel darin besteht, die Anzahl der Arbeitsschritte zu reduzieren.
Eine solide Konstruktion allein bedeutet jedoch nicht, dass ein Einsatz automatisch für die Grobbearbeitung eingesetzt werden kann.
Die tatsächliche Schnitttiefe hängt weiterhin ab von:
Werkstückhärte, PCBN-Sorte, Kantenvorbereitung, Schneideinsatzgeometrie, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Maschinensteifigkeit sowie die Frage, ob es sich um einen kontinuierlichen oder unterbrochenen Bearbeitungsvorgang handelt.
Aus diesem Grund sollte die zulässige Schnitttiefe stets für die jeweilige CBN-Sorte und den jeweiligen Anwendungsfall überprüft werden.
Wenn eine andere Bearbeitungsstrategie die Anzahl der Durchgänge reduzieren kann
Einer der wichtigsten Gründe, den Einsatz von massivem CBN in Betracht zu ziehen, ist die Möglichkeit, die Bearbeitungsstrategie anzupassen, anstatt lediglich einen Schneideinsatz durch einen anderen zu ersetzen.
Je nach Bauteile und Werkzeugsystem kann massives CBN Bearbeitungsansätze wie das Ziehschneiden, den Einsatz längerer Schneidkanten oder unterschiedliche Verteilungen von Schrupp- und Schlichtdurchgängen unterstützen.
So kann beispielsweise ein Arbeitsgang, der zuvor mehrere Einzelschnitte mit einer kleinen PCBN-Spitze erforderte, unter Umständen so umgestaltet werden, dass eine größere nutzbare Schneidkante in weniger Durchgängen mehr Arbeit verrichtet.
Der Wert von massivem CBN hängt daher oft zusammen mit Prozessgestaltung, sondern nicht nur Leben einhauchen.
Ein höherer Preis einsetzen kann gerechtfertigt sein, wenn dadurch die Zykluszeit verkürzt, ein Arbeitsschritt entfällt oder die Prozesskonsistenz verbessert wird.
Preis pro Stück im Vergleich zu den Kosten pro Komponente
Massiv CBN-Einsätze Sie enthalten in der Regel mehr superhartes Material als PCBN-Wendeschneidplatten mit Beschichtung und können daher einen höheren Anschaffungspreis haben.
Der Einpreis allein ist jedoch nicht der aussagekräftigste Vergleichsmaßstab.
Die wichtigere Berechnung lautet:
Kosten pro fertigem Bauteil.
Ein massiver CBN-Einsatz kann sich lohnen, wenn er Folgendes ermöglicht:
- weniger Bearbeitungsdurchgänge;
- größere Schnitttiefe;
- längere nutzbare Schneidkantenlänge;
- eine stabilere Bearbeitungsstrategie;
- kürzere Zykluszeit;
- weniger Werkzeugwechsel oder Arbeitsschritte.
Wenn hingegen ein geneigter PCBN-Einsatz bereits die erforderliche Oberflächengüte und Standzeit bei geringen Kosten pro Bauteil erzielt, gibt es möglicherweise keinen wirtschaftlichen Grund, auf eine CBN-Vollkörperausführung umzusteigen.
Wann ist gekipptes PCBN die praktischere Wahl?
Massives CBN sollte nicht als automatische Verbesserung gegenüber PCBN mit Beschichtung betrachtet werden.
Für viele Zerspanungsvorgänge mit harten Werkstoffen ist ein herkömmlicher Wendeschneidkörper nach wie vor die praktischere Lösung.
Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei der Bearbeitung in erster Linie um Feinddrehen handelt, die Schnitttiefe gering ist, nur ein kurzer Abschnitt der Schneidkante zum Einsatz kommt und bereits ein Standard-ISO-Wendeschneidplatteneinsatz zuverlässig funktioniert.
PCBN-Wendeschneidplatten mit Anspitzung können auch dann interessant sein, wenn die Kosten für die Wendeschneidplatten einen starken Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Produktion haben.
Wenn das zusätzliche nutzbare CBN-Material in einem Vollhartmetall-Einsatz weder die Zykluszeit noch die Standzeit noch die Prozessfähigkeit verbessert, bietet das zusätzliche Material kaum praktischen Nutzen.
Das Ziel besteht daher nicht darin, den CBN-Gehalt im Einsatz zu maximieren.
Das Ziel besteht darin, die wirtschaftlichste Wendeplattenkonstruktion für die jeweiligen Bearbeitungsanforderungen auszuwählen.
Gehärteter Stahl: Der wichtigste Anwendungsbereich für das Hartdrehen
Das Hartdrehen ist einer der wichtigsten Anwendungsbereiche für CBN-Schneidwerkzeuge.
Zu den typischen Bauteilen zählen Lagerteile, gehärtete Wellen, Zahnräder, Getriebekomponenten, Stanzwerkzeuge, Gussformen, Werkzeugstähle und einsatzgehärtete Bauteile.
Ob massives oder beschichtetes PCBN geeignet ist, hängt von weitaus mehr ab, als dass das Werkstück lediglich als “gehärteter Stahl” beschrieben wird.”
Die folgenden Informationen sollten in der Regel gemeinsam betrachtet werden:
Werkstoff → Härte → Zerspanungszugabe → kontinuierlicher oder unterbrochener Schnitt → Oberflächenanforderung → Kantenvorbereitung → Maschinensteifigkeit
Eine geringe Nachbearbeitungszugabe bei einer stabilen, gehärteten Welle erfordert möglicherweise eine völlig andere CBN-Lösung als bei einem Bauteil mit größerer Nachbearbeitungszugabe und unterbrochenen Strukturen.
Wie sieht es mit Gusseisen aus?
Massives CBN wird auch bei bestimmten Bearbeitungsanwendungen von Gusseisen eingesetzt.
Eine hohe Verschleißfestigkeit und die Verfügbarkeit einer größeren PCBN-Schneidfläche können bei der Bearbeitung von abrasiven Gusseisen oder bei Bedarf an größerer Schneidtiefe von Vorteil sein.
Allerdings sollte “Gusseisen” nicht als ein einziger Bearbeitungszustand betrachtet werden.
Grauguss, Hartguss, Kaltguss sowie Bauteile mit unterbrochenen oder abrasiven Oberflächen können unterschiedliche CBN-Sorten und Schneidkantenvorbereitungen erfordern.
Die geeignete Lösung hängt daher von der jeweiligen Gusseisensorte, der Härte, dem Bearbeitungsaufmaß und den Schnittbedingungen ab.
Kontinuierliches vs. unterbrochenes Hartdrehen
Die Schnittkontinuität hat einen großen Einfluss auf die Auswahl der CBN-Einsätze.
Bei einem kontinuierlichen Hartdrehvorgang bleibt die Schneide ständig mit dem Werkstück in Kontakt. Daher spielen Verschleißfestigkeit, thermisches Verhalten und Oberflächengleichmäßigkeit eine entscheidende Rolle.
Mit zunehmender Unterbrechungshäufigkeit dringt die Schneidkante wiederholt in das Werkstück ein und tritt wieder aus ihm heraus. Mechanische Stöße gewinnen an Bedeutung, was höhere Anforderungen an die Zähigkeit der Schneidkante und eine geeignete Schneidkantenvorbereitung stellt.
Ein leicht unterbrochener Schnitt ist nicht dasselbe wie ein stark unterbrochener Schnitt.
Merkmale wie Keilnuten, Durchgangsbohrungen, Keilverzahnungen, unterbrochene Schultern oder unebene gehärtete Oberflächen können die Belastung der Schneidkante erheblich verändern.
Es ist wichtig zu verstehen, dass:
Die Fähigkeit zum Unterbrechungsschnitt hängt nicht allein von der massiven CBN-Konstruktion ab.
Die PCBN-Sorte, der CBN-Gehalt, das Bindemittelsystem, die Kantenvorbereitung, die Geometrie der Schneideinsätze und die Schnittbedingungen müssen gemeinsam berücksichtigt werden.
Die Kantenvorbereitung ist genauso wichtig wie die Konstruktion des Schneideinsatzes
Zwei CBN-Einsätze mit derselben ISO-Form können sehr unterschiedliche Leistungen erbringen, wenn ihre Schneidkantenvorbereitungen unterschiedlich sind.
Beim Hartdrehen kommen üblicherweise sorgfältig kontrollierte Fasen, Honungen oder Kombinationen aus beidem zum Einsatz, um die Kantenfestigkeit mit den Schnittkräften und den Anforderungen an die Oberflächengüte in Einklang zu bringen.
Eine stärkere Schneidkante kann die Zuverlässigkeit unter unterbrochenen oder anspruchsvollen Bedingungen verbessern, kann aber auch die Schnittkraft erhöhen.
Eine schärfere Schnittaufbereitung kann die Schnittkraft verringern und eine feine Oberflächenbearbeitung ermöglichen, bietet jedoch bei starken Unterbrechungen weniger Kantenschutz.
Aus diesem Grund sollten bei der Auswahl folgende Aspekte berücksichtigt werden:
PCBN-Sorte + Kantenvorbereitung + Spitzenradius + Wendeplattenaufbau + Bearbeitungsbedingungen
anstatt einen Einsatz ausschließlich anhand des ISO-Codes auszuwählen.
Die Steifigkeit der Maschine ist entscheidend
CBN erzielt die besten Ergebnisse in einem stabilen Bearbeitungssystem.
Eine hohe Werkstückhärte und relativ enge Fertigungstoleranzen führen dazu, dass Vibrationen, eine unzureichende Spannung oder ein übermäßiger Werkzeugüberhang die Prozessstabilität schnell beeinträchtigen können.
Bevor Sie die CBN-Sorte oder den Aufbau der Schneideinsätze ändern, überprüfen Sie die gesamte Bearbeitungskonfiguration.
Zu den wichtigen Faktoren zählen die Werkstückspannung, der Zustand der Spindel, die Steifigkeit des Werkzeughalters, der Sitz der Schneideinsätze, der Werkzeugüberhang, der Rundlauf des Bauteils sowie die Art etwaiger unterbrochener Strukturen.
Das Abplatzen bedeutet nicht automatisch, dass das CBN-Material zu spröde ist.
In manchen Fällen liegt das eigentliche Problem in der Instabilität an anderer Stelle im Bearbeitungssystem.
Trocken- oder Nasshartdrehen?
Die Trockenbearbeitung ist beim Hartdrehen weit verbreitet, da CBN bei hohen Schnitttemperaturen eingesetzt werden kann und der Verzicht auf Kühlmittel den Prozess in geeigneten Anwendungsfällen vereinfachen kann.
Das bedeutet jedoch nicht, dass CBN immer in trockenem Zustand verwendet werden muss.
Bei bestimmten Sorten, Werkstückwerkstoffen und Bearbeitungsbedingungen kann auch die Nassbearbeitung geeignet sein.
Die richtige Kühlmittelstrategie sollte daher den Empfehlungen für die jeweilige CBN-Sorte und den jeweiligen Anwendungsbereich entsprechen.
Behandeln Sie keine dieser Aussagen als allgemeingültige Regel:
“Die CBN muss immer leer sein.”
oder
“CBN benötigt Kühlmittel.”
Keine der beiden Varianten ist für jede Anwendung richtig.
Die Prozessstabilität und eine gleichmäßige Kühlmittelzufuhr sind wichtiger als die Befolgung einer allgemeinen Regel.
Sorgt massives CBN immer für eine längere Standzeit?
Nein.
Die Standzeit des Werkzeugs hängt von den gesamten Bearbeitungsbedingungen ab.
Ein Vollhartmetall-Einsatz enthält mehr PCBN-Material, was jedoch nicht automatisch bedeutet, dass sich die aktive Schneidkante langsamer abnutzt als bei einem richtig ausgewählten PCBN-Einsatz mit Schneidplatte.
Die Standzeit des Werkzeugs wird durch die PCBN-Sorte, die Werkstückhärte, die Schnittgeschwindigkeit, den Vorschub, die Schnitttiefe, Schnittunterbrechungen, die Kantenvorbereitung, die Maschinensteifigkeit und die Oberflächenanforderungen beeinflusst.
Der Hauptgrund für die Wahl von massivem CBN sollte daher darin liegen, dass seine Bauweise einen Vorteil für den Prozess bietet.
Wenn ein gekippter Einsatz die erforderliche Bearbeitung bereits effizient ausführt, führt eine massive Bauweise allein möglicherweise nicht zu einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit.
Checkliste zur Auswahl von CBN-Vollkörpern
Bevor Sie sich für massives CBN entscheiden, sollten Sie prüfen, ob die Anwendung tatsächlich von dessen Aufbau profitiert.
Der Einsatz von massivem CBN kann eine Überlegung wert sein, wenn für die Bearbeitung eine größere nutzbare PCBN-Schneide, ein größerer Schneid-Eingriff oder eine größere Schnitttiefe, eine „Drawn-Cut“- oder Vorbearbeitungsstrategie, weniger Bearbeitungsdurchgänge oder ein Prozess erforderlich sind, der mit einer herkömmlichen kleinen PCBN-Schneide nicht effizient bewältigt werden kann.
PCBN-Wendeschneidplatten können nach wie vor die praktischere Wahl sein, wenn es sich um konventionelles Hartdreh-Schlichten handelt, die Schnitttiefe gering ist, nur ein kurzer Schneidkantenabschnitt zum Einsatz kommt und die vorhandene ISO-Wendeschneidplatte bereits eine stabile Standzeit und Oberflächengüte gewährleistet.
Die endgültige Entscheidung sollte sich daher auf folgende Faktoren stützen:
Einsatzbauweise, PCBN-Sorte, Schneidkantenvorbereitung, Werkstück und Bearbeitungsbedingungen.
Benötigen Sie einen CBN-Einsatz für eine Hartdreh-Anwendung?
Die Wahl zwischen massivem CBN und PCBN mit Beschichtung hängt in erster Linie von den tatsächlichen Bearbeitungsbedingungen ab und nicht allein von der Bauweise des Schneideinsatzes.
Wenn Sie eine Empfehlung für eine Schneideinlage anfordern, geben Sie bitte das Werkstückmaterial und die Härte, die aktuelle Schneideinlagenbezeichnung, die ungefähre Schnitttiefe, die Art des Zerspanungsvorgangs (kontinuierlich oder unterbrochen), die aktuellen Schnittdaten, die Anforderungen an die Oberflächengüte sowie die benötigte Menge an.
Anhand dieser Angaben lässt sich viel leichter feststellen, ob eine CBN-Gesamtlösung einen echten Prozessvorteil bietet oder ob ein PCBN-Wendeschneidkörper die wirtschaftlichere Wahl ist.
