Um rostfreien Stahl, Titan, Kunststoff und Keramik spanend zu bearbeiten, müssen die Werkzeuge präzise, sicher und effizient sein und hohe Qualitätsansprüche erfüllen. Standard- und Sonderwerkzeuge eines spezialisierten Herstellers werden diesen Anforderungen gerecht.
Das Zerspanen biokompatibler Werkstoffe – wie zum Beispiel rostfreier Stahl, Titan, Kunststoff und Keramik – stellt hohe Anforderungen an Verschleiß- und Hitzebeständigkeit des Werkzeugs, das unter diesen Bedingungen schnell an seine Grenzen stößt. Empfehlenswert sind hier Werkzeugsysteme mit einer Kombination aus Hartmetall, Schneidgeometrie und Beschichtung, die sowohl auf den Makro- wie auch auf den Mikrobereich abgestimmt sind. Ausgehend von dieser Basis lässt sich durch Optimieren das Potenzial jeder Komponente ausschöpfen. Diesen Weg geht zum Beispiel der Tübinger Werkzeughersteller Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH, der für das Optimieren alle im Produktionsprozess anfallenden Arbeiten durchführen kann.
Hohe Legierungsanteile wie Chrom, Nickel, Kobalt, Molybdän und Titan führen zum Beispiel dazu, dass sich beim Bearbeiten die Späne weniger gut formen. So wächst mit zunehmender Spanformung die Gefahr, dass Ausbrüche an der Hauptschneide und in der Geometrie der Wendeschneidplatte entstehen. Diesem Risiko begegnen verschiedene, von Horn entwickelte Geometrien: Hier sind Span- und Freiwinkel speziell abgestimmt, und die Hauptschneide ist weichschneidend und hoch belastbar.
Werkstoffbedingte Anforderungen, wie sie sich besonders beim Einstechen der Kugeln und Spreizpfannen von Hüftprothesen mit hohem Kobalt-Chrom-Anteil ergeben, erfüllt die Horn-Geometrie .3. mit Spanformrille. Die Spanverjüngung, die bei dieser Geometrie je nach Vorschub 5 bis 10 % der Schneidenbreite beträgt, sichert auch bei Ein- oder Abstichen bis 25 mm Tiefe eine problemlose Spanabfuhr. Das kann die Standzeit der Werkzeuge steigern: In einer Medizintechnik-Anwendung wurde, in Verbindung mit einer Schneidkantenverrundung im CVD-Bereich, die Standzeit um den Faktor 2,5 bis 3 erhöht – wobei der Hauptzeitanteil die Werte beeinflusste.
Auch die äußerst komplexe Geometrie von Knieimplantaten ist fertigungstechnisch sehr anspruchsvoll, besonders hinsichtlich der Oberflächenqualität der Gelenkflächen und der gleichmäßigen Konturverläufe. Für solche Aufgaben entwickelten die Fachleute bei Paul Horn die Vollhartmetallfräser des Systems DS. Die Schaft-, Torus-, Vollradius-, Doppelradius- und Schruppfräser mit bis zu sechzehn Schneiden sind mit Durchmessern von 2 mm bis 16 mm lieferbar. Verschiedene Hartmetallsorten und Beschichtungen erlauben das Hartfräsen von 50 bis 70 HRC.
Speziell für die Medizintechnik bieten Mikrofräser dieser Baureihe zahlreiche Bearbeitungsvorteile. Die Schneidkreisdurchmesser reichen von 0,1 bis 4 mm und ermöglichen mit verlängertem Schaft das Fräsen von Kavitäten vom 1,5fachen bis 7fachen des Nenndurchmessers. Bei allen Typen bieten die Schäfte in h5-Qualität eine Rundlaufgenauigkeit von 0,005 mm.
Für Kiefer-, Knochen- und andere chirurgische Schrauben bietet sich als Fertigungsverfahren das Wirbeln auf Drehautomaten an: So lassen sich die Teile in einem Durchgang um rund 60 % schneller herstellen als durch Gewindedrehen oder -strehlen. Weitere Vorteile des Wirbelns sind gratarme bis gratfreie Gewinde, bei Knochenschrauben mit einer Oberflächengüte von Rz # 0,67 µm und Ra # 0,135 µm und hoher Genauigkeit.
Die speziell für die beengten Platzverhältnisse in Langdrehautomaten entwickelten Gewindewirbelköpfe vom Typ M 302 verfügen standardmäßig über sechs geschraubte Wendeschneidplatten mit einem Innenkreis von 10 mm. Die Schneidplatten sind für ein- oder zweigängige Gewinde lieferbar. Jede Schneidplatte verfügt über drei Profilschneiden, was eine hohe Wirtschaftlichkeit der Werkzeuge gewährleistet.
Das modular aufgebaute Werkzeug lässt sich einfach an die Wirbeleinheit des Drehautomaten anbauen. Lediglich für das Einstellen des Schneidkreises und der Schneidplattenprofile zueinander ist hohe Präzision des Werkzeuges erforderlich, in Bezug auf die Rundlaufgenauigkeit (# 0,005 mm), die Lage der Plattensitze und der Profile der Wendeschneidplatten. Das Einstellen findet jedoch außerhalb der Maschine statt.
Da die Anforderungen steigen, je exotischer die Werkstoffe und je höher ihre Verschleiß- und Hitzebeständigkeit sind, gibt es für entsprechende Anwendungen keine Alternative zu Sonderwerkzeugen: Nur mit ihren speziellen Eigenschaften ist eine kostenoptimierte Produktion zu erreichen. Das Auslegen solcher Sonderwerkzeuge erfordert den intensiven Dialog zwischen Hersteller und Anwender. Nur so lassen sich Werkzeuge mit abgestimmten Komponenten wie Hartmetall, Geometrie und Beschichtung produzieren – und Bearbeitungsstrategien entwickeln, die dank längerer Werkzeugwechselzyklen die Nebenzeiten reduzieren, durch die optimierte Spankontrolle eine höhere Produktionssicherheit gewährleisten und insgesamt eine wirtschaftlichere Produktion ermöglichen. Vor diesem Hintergrund erweitern die Mitarbeiter bei Horn ihr Know-how durch Forschung und Versuche stetig. Das Ziel ist, auch künftig wirtschaftliche und prozesssichere Lösungen für das Bearbeiten schwer zerspanbarer Werkstoffe zu bieten und dank der eigenen Fertigung diese Werkzeuge auch schnell zu liefern.
Christian Thiele Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn, Tübingen
Mikrofräser bieten Vorteile für Teile aus der Medizintechnik
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