Inveio Uni-directional crystal orientation. GC4325 entwickelt für höchste Lebensdauer. Drehen von Stahl mit höchster Zuverlässigkeit

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1 Inveio Uni-directional crystal orientation entwickelt für höchste Lebensdauer Drehen von Stahl mit höchster Zuverlässigkeit

2 Zuverlässige Schneidkanten In einem kleinen Land der nördlichen Hemisphäre stand ein Expertenteam von Sandvik vor der Herausforderung, eine Sorte mit der höchsten Standzeit und dem größtmöglichen Anwendungsbereich bei der Drehbearbeitung von Stahl zu entwickeln. Das Ergebnis hätte nicht besser sein können. Mehr Bauteile pro Schneidkante Abdeckung eines breiten Anwendungsbereichs Kein plötzlicher Schneidkantenbruch Eine zuverlässige Sorte bei jeder Anwendung in Stahl Höhere Schnittdaten, reduzierte Nebenzeiten für Schneidkantenwechsel Zuverlässig und reproduzierbar hohe Standzeiten, reduzierter Überwachungsbedarf 2

3 Die Herausforderung war es zu verstehen, wie die Richtung des Kristallwachstums während des CVD-Prozesses zu kontrollieren ist. Inveio Uni-directional crystal orientation Åke Östlund, Senior Project Manager Västberga, Schweden Das Geheimnis wird gelüftet Auf den ersten Blick sieht die Wendeschneidplatte genauso aus, wie jede andere. Trotz ihres ganz normalen Aussehens ist sie tatsächlich völlig anders und zwar in jedem Detail. Verfolgen Sie die Entwicklungsgeschichte der neuen Drehsorte vom Hartmetall im Innern bis zur Schneidkante. Das Hartmetallsubstrat ist speziell für die Zerspanung bei noch höheren Schnittkräften und Temperaturen entwickelt worden. Eine mit Kobalt angereicherte Gradientenzone im Hartmetallsubstrat wirkt als Schutz vor Rissen und bietet höhere Sicherheit gegen Plattenbruch. An der Schneidkante wird die Leistung der Beschichtung mit jedem weiteren Baustein der Wendeschneidplatte verbunden: das Hartmetall, der Beschichtungsaufbau, die Schneidkantengestalt und das Nachbehandlungsverfahren. zeigt eine deutlich erhöhte reproduzierbare Verschleißbeständigkeit und längere zuverlässige Standzeiten bei insgesamt hochproduktiven Schnittdaten. Die Beschichtung trägt zur Verschleißfestigkeit bei. Die Sorte verfügt über einen mehrlagigen Schichtaufbau für eine höchstmögliche Verschleißfestigkeit. Eine dieser Schichten hat einen gezielten Aufbau, das heißt die einzelnen Kristalle bilden sich kontrolliert in Richtung der Werkzeugoberfläche aus. Dieser Schichtaufbau verbessert in hohem Maße die Festigkeit und Verschleißbeständigkeit. Dies ist der Grund, warum die Ausrichtung der Kristallstruktur so wichtig ist und warum sie einen so großen Einfluss auf die Standzeit ausübt. 3

4 Neue Sorte Eine Lösung für jede Anwendung 50 STANDZEIT, ST % ST Wettbewerber 1. AUTOMOTIVE GEHÄUSE Die Sorte zeigt keinen signifikanten Verschleiß. So konnte die Anzahl der Bauteile pro Schneidkante verdreifacht werden. Wir empfehlen eine Erhöhung der Schnittdaten um +30%. BRASILIEN STANDZEIT, ST % ST Wettbewerber 4 2. AUTOMOTIVE KUGELGEHÄUSE Dieses große Bauteil wurde mit sorgfältiger Planung eingefahren, um eine produktive Wendeschneidplattennutzung bei gleichzeitig guter Prozesssicherheit zu erzielen. hat auch hier die Erwartungen übertroffen.

5 400 27% EINSPARUNGEN STANDZEIT, ST % ST Wettbewerber 6. ANTRIEBSRITZEL Nach 400 Bauteilen war bei immer noch nicht das Standzeitende erreicht. Wir empfehlen hohe Schnittgeschwindigkeiten, um die Produktivität zu erhöhen (+48%) und entsprechende Einsparungen zu erzielen. 5. WELLE Die Bearbeitung pro Bauteil dauert lediglich 9 Sekunden, mit konnten jedoch 370 Durchgänge ohne Verlust der Schneidkantenstabilität erzielt werden. UK DEUTSCHLAND ITALIEN FRANKREICH CHINA 5 Bearbeitungsbedingungen für jeden Anwenderfall auf der nächsten Seite >> 2,5 STANDZEIT, ST % ST. STANDZEIT, ST 2 1,5 1 0,5 0 Wettbewerber +33% ST. 0 Wettbewerber 3. RADNABE Mit wurden 100 Bauteile pro Schneidkante anstatt 60 Bauteile gefertigt. Der nächste Schritt ist eine Erhöhung der Schnittwerte. 4. VENTIL, ÖL-/GASINDUSTRIE Bei dieser hohen Schnittgeschwindigkeit (350 m/min) erwarten wir nicht, dass mehr als ein Bauteil bearbeitet werden kann. Mit waren es tatsächlich 2 Bauteile bei nur geringem Verschleiß. 5

6 DETAILS ZU DEN ANWENDERBEISPIELEN Bearbeitungsbedingungen und Verschleißbilder bei Standzeitende für jeden Anwenderfall der vorhergehenden Seiten. (CNMG PR) 45 St. (30 min) 15 St. (14 min) 1 AUTOMOTIVE GEHÄUSE Unlegierter Kohlenstoffstahl C60V, geschmiedet (250 HB) v c = 180 m/min f n = 0.4 mm/u a p = 3 mm (CNMG PM) 670 St. (154 min) 500 St. (115 min) 2 AUTOMOTIVE KUGELGEHÄUSE Unlegierter Kohlenstoffstahl C45, geschmiedet (235 HB) v c = 250 m/min f n = 0.35 mm/u a p = 0.5 mm (CNMG PR) 100 St. (49 min) 60 St. (29 min) 3 RADNABE Legierter Stahl DIN 38MnVS6, gegossen (250 HB) v c = 180 m/min f n = 0.37 mm/u a p = 2 mm (CNMG PR) 2 St. (23 min) 1.5 St. (17 min) 4 VENTIL ÖL/GAS Unlegierter Kohlenstoffstahl, gewalzt (125 HB) v c = 350 m/min f n = 0.39 mm/u a p = 3 mm (CNMG PM) 370 St. (32 min) 120 St. (10 min) 5 WELLE Niedriglegierter Stahl (330 HB) v c = 95 m/min f n = 0.4 mm/u a p = 3 mm (CNMG PR) 400 St. (100 min) 400 St. (100 min) 6 ANTRIEBSRITZEL Kohlenstoffstahl AFNOR23MCD5 (180 HB) v c = 220 m/min f n = 0.28 mm/u a p = 2.5 mm EIN BLICK AUF DIE DETAILS Zur Betrachtung der einzelnen Details ist ein Elektronenmikroskop erforderlich. Dieser Querschnitt zeigt die unterschiedlichen Schichten der CVD-Beschichtung sowie das Hartmetallsubstrat im unteren Bereich der Abbildung. Bei näherem Hinsehen lässt sich die Gradientenzone im Hartmetall als Bereich, bestehend aus hellen Wolframkarbiden und schwarzem Kobaltbinder mit verringertem Anteil an weiteren Karbiden erkennen. Des Weiteren ist die unidirektionale Kristallausrichtung der Aluminiumoxidbeschichtung, hier gelb dargestellt, erkennbar. Ein Blick auf die Kristalle! 6

7 4325 ÄUSSERE TITANNITRIDBESCHICHTUNG (TIN) Die leuchtend gelbe äußere TiN-Beschichtung an der Freifläche erlaubt eine einfache und sichere Verschleißerkennung. Zwischenbeschichtungen optimieren die Haftung und verhindern ein Abblättern an den Schneidkanten. CVD-ALUMINIUMOXIDBESCHICHTUNG Hochfeste Aluminiumoxidbeschichtung mit einheitlicher Kristallausrichtung. Das Kristallgefüge ist zur Schnitt - zone ausgerichtet und trägt wesentlich zur erhöhten Verschleißfestigkeit bei. Die geglättete Oberfläche der Spanfläche verhindert das Aufkleben des Spans. INNERE BESCHICHTUNG Das säulenförmige Kristallgefüge der feinkörnigen MT-TiCN-Beschichtung liefert eine besonders harte und gegen Abriebverschleiß widerstandsfähige Beschichtung. HARTMETALLSUBSTRAT Das feinkörnige Hartmetallsubstrat vereint hohe Stabilität mit zuverlässiger Zähigkeit. Der mit Kobalt angereicherte Oberflächengradient trägt in verschiedensten Anwendungen zu erhöhter Sicherheit bei. SORTEN ZUM DREHEN VON STAHL +Vc ISO P15 GC4205 GC4215 P P25 P35 GC4235 -Vc BEARBEITUNGS- BEDINGUNGEN GUT MEDIUM SCHWIERIG 7

8 Ihre Zukunft in guten Händen Die richtige Balance zu finden zwischen der Notwendigkeit technologischer Verbesserungen und globaler Nachhaltigkeit ist eine große Herausforderung, die mit der etwas einfacher wird. Sie wurde nicht nur für jeden Leistungsbereich optimiert: die neuesten Hightech- Prozesse garantieren auch, dass ihr Hartmetallsubstrat selbst einen hohen Anteil an hochwertigem, recycelten Hartmetall enthält. Ein Grund mehr, um die zu wählen und sich zusammen mit Sandvik Coromant den zukünftigen Herausforderungen zu stellen. Besuchen Sie die Webseite - Sie werden erstaunt sein! DEUTSCHLAND Sandvik Tooling Deutschland GmbH Geschäftsbereich Coromant Postfach DÜSSELDORF Heerdter Landstraße DÜSSELDORF Telefon: +49 (0) 211 / Telefax: +49 (0) 211 / SCHWEIZ SANDVIK AG Bereich Coromant Postfach 3869 CH-6002 Luzern Telefon: +41 (0) Telefax: +41 (0) C-1040:095 GER/01 AB Sandvik Coromant ÖSTERREICH Sandvik in Austria Gesellschaft m.b.h Scheydgasse 44 A-1210 WIEN 21 Telefon: +43 (0) Telefax: +43 (0)

9 Schneidstoffentwicklung der Sorte Unidirektionale Kristallausrichtung In konventionellen (CVD) Aluminiumoxid-Beschichtungen ist die Wachstumsrichtung der Kristalle willkürlich. Die Mikroskopaufnahme zeigt die zufällige Kristallorientierung anhand unterschiedlicher Farben. Jeder Richtung ist jeweils einer bestimmten Farbe zugeordnet (rot bis gelb). Die neue Inveio- Beschichtung hat unidirektionale Kristalle und eine gleichmäßige Wachstumsrichtung. Alle Kristalle der Aluminiumoxid-Schicht sind einheitlich ausgerichtet. Sichtbar wird dies durch die gleichmäßige (gelbe) Farbe der Aluminiumoxidkristalle im Bild. Vorteile dieser Schichtstruktur Die unidirektionale Kristallorientierung ist aus mehreren Gründen positiv. Wie aus den Bildern ersichtlich, zeigen die dichtgepackten Gitterebenen in Richtung der Wendepatten-Oberfläche, also senkrecht ausgerichtet zur Schneidzone und zum ablaufenden Span. Diese Ausrichtung der Aluminiumoxidkristalle ermöglicht so eine höhere Verschleißfestigkeit. Entstehende Wärme wird leichter entlang der Kristallebenen abgeführt, d.h. die Wärme wird aus der Diese einheitliche Struktur verleiht der Beschichtung abgestimmte und optimierte Eigenschaften. Schneidzone abgeleitet. Die Auswertung von Labortests hat gezeigt, dass dieser Effekt erheblich ist. Die Ausbreitung von Rissen ist die dritte Eigenschaft, welche die Langlebigkeit der unidirektionalen Beschichtung erhöht. Risse entwickeln sich horizontal entlang des schwächsten Stelle, wie in der Seitenansicht erkennbar. Dies ist vergleichbar mit dem Abblättern des Grafits Ihres Bleistifts. Es liegt ein langsamer, gleichmäßiger und kontrollierter Verschleiß vor.

10 Schneidstoff-Substrat Um die höheren Anforderungen hinsichtlich Ausgewogenheit zwischen Widerstand gegen plastische Verformung und Schneidkantensicherheit zu erfüllen, wurde ein neues Substrat entwickelt. Dieses neue Substrat verfügt auch über einen Gradienten, der im Bild als schwarz-weißer Bereich im oberen Teil sichtbar ist. Der Gradient fungiert als (Mikro-) Riss-Stopper und verbessert somit die Schneidkantensicherheit. Besserer Widerstand gegen plastische Verformung Höhere Schneidkantensicherheit Leistungszugewinn Neue Verfahren der Vorund Nachbehandlung der Schneidkanten Verbesserte Schneidkantenform und -größe Kontrollierter Zerspanungsprozess bei hoher Wiederholgenauigkeit (bei jeder Schneidkante). Hohe Reproduzierbarkeit der Standzeiten Die Nachbehandlung der Werkzeugoberflächen ist von großer Bedeutung. Das neu entwickelte Nachbehandlungsverfahren verbessert die Zuverlässigkeit und die Leistung des Schneidstoffs. Glättung der Werkzeugoberfläche Höhere Schneidkantenfestigkeit besonders bei unterbrochenen Schnitten Verbesserte Zuverlässigkeit