Das Zerspanen von bleifreien Kupferwerkstoffen beschäftigt die Industrie schon seit geraumer Zeit. Die Anordnungen diese Materialien zu bearbeiten, kommt unter anderem durch die EU-Trinkwasser Richtlinie 98/83-EG1, die den Bleianteil im Trinkwasser aus ökologischen Gründen bereits seit 2013 auf zehn Mikrogramm pro Liter limitiert.
Weiterhin beschränken RoHS- und ähnliche Richtlinien global den Einsatz von bleifreien Bauteilen bei elektrischen Geräten. Brisanz gewinnt die Debatte künftig weiter durch die ELV-Richtlinie 2000/53/EG2 für gebrauchte Fahrzeuge: hier gestattet der Gesetzgeber nur noch bis 2021 die Ausnahme, dass Kupferlegierungen maximal 4% Blei enthalten dürfen.
Immer mehr Hersteller von z.B. Elektrobauteilen müssen sich der Herausforderung stellen, bleifreie Messing- und Kupferlegierungen zu bearbeiten. Daher beschäftigen sich die Firmen Aurubis Stolberg GmbH & Co. KG als Hersteller maßgeschneiderter Werkstoffe auf Basis von Kupfer- und Kupferlegierungen und die ZECHA GmbH als Experte in der Herstellung von Präzisionswerkzeugen seit geraumer Zeit intensiv mit dieser Thematik.
Eine Thematik, die auch einen Großteil ihrer Kunden nicht kalt lässt. Laut Gesetzgeber soll ab dem Jahr 2021 die Richtlinie zur bleifreien NE-Metallbearbeitungen umgesetzt sein. Allein durch die Elektromobilität wird eine Steigerung im zweistelligen Prozentbereich bei der Herstellung von Verbindungssteckern für die Automobilindustrie vorhergesagt, weswegen der Druck in den entsprechenden Industrien und verarbeitenden Betrieben zunimmt.
Herausforderung: Bleifrei Zerspanen
Aufgrund ihrer besonderen Materialieneigenschaften sowie verschiedenster Bauteilanforderungen kommen bei der Zerspanung unterschiedlichste Werkstoffe und Materialien zum Einsatz. So setzen bspw. Endanwender in der Elektronikindustrie Kupfer-Zink-Legierungen – sogenannte Messingwerkstoffe oder Automatenmessing – aufgrund ihrer guten mechanischen, leitfähigen und korrosionsbeständigen Eigenschaften ein. Der Nachteil dieser heutigen bewährten Messingwerkstoffe: Sie sind bleihaltig und müssen substituiert werden.
Lässt man nun lediglich das für die gute Spanbildung besonders wirksame Blei weg, sind die Herausforderungen bei der Zerspanung bleifreier Kupferwerkstoffe vielseitig. Dies reicht von Langspänen und Wirrspänen bis hin zu vermehrter Gratbildung am zu bearbeitenden Teil und erhöhtem Werkzeugverschleiß. Dazu kommt, dass der Zerspanungsprozess die Eigenschaften des Werkstoffs und des Endproduktes nicht negativ beeinflussen soll.
Beispielsweise führen erhöhte Bauteiltemperaturen beim Zerspanungsvorgang zu Änderungen am Werkstoffgefüge oder einer Versprödung des Bauteils. Zu den relevanten Eigenschaften gehören außerdem Oberflächengüte, Galvanisierbarkeit, mechanische Eigenschaften wie Festigkeit und Verformbarkeit und physikalische Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit.
Grundlegend kommt es bei allen Anwendungen auf das ideale Zusammenspiel von Material, Maschine, Werkzeug und Mensch an, welche je nach Anforderung und Gegebenheiten individuell abgestimmt werden muss.
Zusätzlich dürfen die ökonomischen Aspekte bei der Substitution nicht vernachlässigt werden. Bleifreie Späne und Schrotte sollen bei nicht steigenden Recyclingsaufwänden in Standard-Schrottkreisläufe mischbar sein. Aspekte wie Verfügbarkeit, Vermeidung von Produktivitätseinbußen und Kosten sind hier von großer Relevanz.
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