Aufgrund des anhaltenden Trends zum Leichtbau mit Hilfe von anspruchsvollen Metalllegierungen und Faserverbundwerkstoffen gewinnen Schneidplatten, Fräser und Bohrer aus polykristallinen Diamanten dank ihrer langen Standzeit und hohen Zerspanrate zunehmend an Bedeutung. Gleichzeitig wächst damit auch der Anspruch an die Herstellung dieser PKD-Werkzeuge. Während hierbei in der Vergangenheit das Schleifen und Drahterodieren im Mittelpunkt standen, kommt inzwischen immer öfter die viel produktivere Laserbearbeitung zum Einsatz. Mit den von der SAUER GmbH entwickelten LASERTEC-Maschinen hat DMG MORI eine Produktpalette im Angebot, die den wirtschaftlichen und qualitativen Anforderungen in der PKD-Bearbeitung langfristig gerecht wird.
„Durch die steigende Nachfrage im Bereich der PKD-Werkzeuge stehen viele Werkzeughersteller vor der Herausforderung, ihre Prozesskette in der Fertigung nachhaltig zu optimieren“, erklärt Friedemann Lell, Vertriebsleiter SAUER GmbH, die aktuelle Entwicklung in diesem Segment. Die wesentlichen Prozessschritte seien hierbei das Segmentieren der PKD-Elemente und das Finishing der Werkzeuge. „In beiden Fällen hat sich die Lasertechnologie als effizienteste Lösung mit den besten Bearbeitungsergebnissen herauskristallisiert.“ Friedemann Lell verweist exemplarisch auf die LASERTEC 20 FineCutting und die LASERTEC 20 PrecisionTool.
Durchdachter Prozess mit Top-Resultaten
In der Herstellung von PKD-Werkzeugen geht es zunächst darum, die einzelnen PKD-Segmente aus den bis zu 3,2 mm dicken Rohlingen auszuschneiden. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist bei diesem Schritt ein maßgeblicher Faktor. Mit der LASERTEC 20 FineCutting hat DMG MORI eine Maschine im Angebot, die das konventionelle Drahterodieren deutlich übertrifft. Ausgestattet mit einem Faserlaser – seine Pulsleistung beträgt im Standard 3 kW – erreicht sie bei einer Rohlingstärke von 1,6 mm Schnittraten von 100 mm/min. Dünnere Rohlinge segmentiert die LASERTEC 20 FineCutting mit bis zu 200 mm/min. Optional verbaut DMG MORI einen Faserlaser mit 4,5 kW Maximalleistung. „Hiermit sind auch 300 mm/min realistisch und es kann PKD bis 4,6 mm geschnitten werden“, so Friedemann Lell. Da die LASERTEC 20 FineCutting 5-achsig arbeitet, können die PKD-Elemente außerdem bereits während der Segmentierung mit den später notwendigen Freiwinkeln versehen werden. Das anschließende Finishing wird somit erheblich vereinfacht.
Einen Neuerung hat DMG MORI zuletzt mit der LASERTEC 20 PrecisionTool gemacht. Die hier eingesetzte Technologie kommt beim Finishing der PKD-Werkzeuge zum Einsatz. Der Faserlaser erzeugt eine absolut saubere Fläche, weil er durch das gesamte PKD-Material gleichermaßen schneidet. Friedemann Lell dazu: „So entstehen perfekte Schneidkanten, durch die PKD-Werkzeuge eine bis zu zweieinhalbfache Standzeit haben verglichen mit Werkzeugen aus einer konventionellen Fertigung.“ Der Schneidkantenradius liege bei lediglich 2 bis 3 µm. „Auch wegen der besseren Oberflächengüte, die beim Fräsen erzielt wird, gibt es bereits Endkunden, die nur noch PKD-Werkzeuge verwenden, die mittels Laserbearbeitung hergestellt werden“, ergänzt der SAUER-Vertriebsleiter.
Die LASERTEC 20 PrecisionTool vergrößert den Bereich der Machbarkeit. So erzeugt der hochpräzise Faserlaser Innenradien von nur 15 µm, die mit herkömmlichen Verfahren nicht zu realisieren wären. Darüber hinaus bietet die 5-Achs-Technologie eine große Bearbeitungsvielfalt, wie Friedemann Lell anfügt: „Dadurch erreicht der Laser – anders als ein Draht – auch PKD-Segmente an extrem komplexen Werkzeugen mühelos.“ Freiwinkel zwischen 0° und 35° und mit unterschiedlichsten Geometrien könne die Maschine ebenso erzeugen wie Spanleitstufen – und das alles in einer Aufspannung.
Ausgereiftes Maschinenkonzept für eine moderne Fertigung
Ein thermosymmetrischer Mineralgussständer bildet die hochstabile Basis der mit 3,5 m² sehr kompakten Maschine. Sie verfügt über einen großen Arbeitsraum, der ausreichend Platz bietet für Werkzeuge bis 200 mm Durchmesser und 344 mm Länge. X-, Y, und Z-Achse sind standardmäßig mit Linearantrieben und Präzisionskühlung ausgestattet. Ein vollintegrierter, automatischer 3D-Infrarot-Messtaster am Laserkopf übernimmt die Werkstückvermessung und eine HSK-63-Aufnahme ermöglicht ein wiederholgenaues Werkstück-Handling. Für eine höhere Produktiv und eine autarke Fertigung ist die LASERTEC 20 PrecisionTool auch mit einem PH 10|100 Linearmagazin erhältlich. 42 HSK-Werkzeuge mit bis zu 10 kg finden hier Platz. Steuerungsseitig verfügt die Maschine über eine Siemens 840D solutionline mit CELOS und 21,5“ ERGOline Control. Darüber hinaus ist für die Herstellung von Schaftwerkzeugen eine Software von GTR installiert. Diese wird seit vielen Jahren auch in der Drahterosion verwendet.
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