Hochkarätige Werkzeugveredelung

Ein wichtiger Vorteil der Inhouse-Beschichtung ist neben rein wirtschaftlichen Aspekten eine individuelle Produktgestaltung mit eigener Schichtoptimierung. „Im Vergleich mit einer Lohnbeschichtung können wir so technisch deutlich differenzierter auf die Besonderheiten einzelner Werkzeugtypen eingehen. Insbesondere die Schneidkanten- und Oberflächenpräparationen vor und/oder nach der Beschichtung führen dabei zu einer ausgeprägteren Individualisierung unserer Hochleistungswerkzeuge“, erklärt Hans Rechberger, Leiter Material- und Oberflächentechnologie bei Fraisa. Fraisa besitzt eigene Niederlassungen in sieben Ländern. Das Kerngeschäft sind Hartmetall-Schaftfräser sowie Bohrer, Gewindebohrer und Plattenwerkzeuge. Kompromisslose Qualitätsansprüche, eine ausgeprägte Leidenschaft für Präzision, Nachhaltigkeit und die bedingungslose Ausrichtung auf Kundenzufriedenheit sind zentrale Punkte der Fraisa-Philosophie.

Eine besondere Stellung in der Werkzeugveredelung nimmt die Diamant-Beschichtung ein. Seit mehr als einem Jahr läuft bei Fraisa im ungarischen

Die Schichtausbildung ist stark vom Zustand der Substratoberfläche abhängig.
Bild: CemeCon

Sarospatak eine Mehrkammer-Diamant-Beschichtungsanlage von CemeCon. Dazu wurde eine hochmoderne Beschichtungs-Infrastruktur mit kompletter Analytik und Messtechnik aufgebaut. In mehreren getrennten Räumen durchlaufen die Werkzeuge im Schleusenprinzip die verschiedenen Stufen des Diamantprozesses. Die Arbeitsplätze sind so ausgelegt, dass die unterschiedlichen Operationen an den zum Teil sehr empfindlichen Werkzeugen optimal ineinandergreifen. Klimatisierte Räume und Messeinrichtungen ermöglichen zum Beispiel die Fertigung von Präzisionswerkzeugen der höchsten Klasse für den Formenbau. Beim CVD-Diamantprozess sind neben Prozessführung und Schichtzusammensetzung – wie schon beim PVD-Beschichten – auch die Substratauswahl und Werkzeugvorbehandlung außerordentlich wichtig. „Diese zum Teil chemischen Vorbehandlungsprozeduren sind für einen eher mechanisch ausgerichteten Betrieb wie Fraisa eine etwas höhere Einstiegshürde. Aber auch hier ist es uns gelungen, in kürzester Zeit eigene Schichten herzustellen – dank exzellenter Unterstützung durch den Anlagen- und Technologielieferanten CemeCon sowie gut ausgebildetem Personal. Heute arbeitet ein großes Team von Ingenieuren und Technikern begeistert am Veredeln der hochkarätigen Werkzeuge“, sagt Rechberger.

Hohe Verschleißfestigkeit

Diamantbeschichtungen gewährleisten eine hohe Verschleißfestigkeit der Werkzeuge – gerade bei der Bearbeitung von Graphit und modernen Verbundwerkstoffen wie zum Beispiel CFK. Denn ohne Diamantbeschichtung sind solche Materialien heute nicht mehr wirtschaftlich zu zerspanen. Die Faustregel: Je dicker die Diamantbeschichtung, desto höher die Standzeit der Werkzeuge. Dabei sind Schichtdicken über 10 µm möglich. Aus höheren Schichtdicken resultieren jedoch auch Prozesszeiten von vielen Stunden, im Extremfall sogar Tagen. Das treibt maßgeblich die Fertigungskosten in die Höhe.

Auf einen Blick

Beschichtungsanlage CC800/9 DIA von CemeCon
Mit der CC800/9 DIA lassen sich extrem glatte und besonders haftfeste nanokristalline, kristalline oder Multilayer-Diamantschichten vollautomatisch auf über 80 verschiedenen Hartmetallsorten abscheiden. Dank des verwendeten Hot-Filament-Verfahrens erhalten auch komplexe dreidimensionale Werkzeuge und Bauteile eine besonders homogene Schichtdickenverteilung mit engen Toleranzen. Trotz ihrer kompakten Außenabmessungen verfügt die CC800/9 DIA über das größte Fassungsvermögen vollautomatischer Anlagen für Diamantbeschichtungen am Markt. Drei unabhängig arbeitende Beschichtungskammern machen sie dabei besonders flexibel und wirtschaftlich.

Neben den Kosten limitiert auch der Schneidkantenradius die maximale Schichtdicke. Der Radius steigt mehr oder weniger linear mit der Schichtdicke an. Dazu Rechberger: „Bei größeren

Die Arbeitsplätze im Diamantprozess sind so ausgelegt, dass die verschiedenen Operationen optimal ineinandergreifen.
Bild: CemeCon

Fräsern ist dies oft tolerierbar, bei Mikrowerkzeugen definitiv nicht. Ein großer Radius würde dort zu starker Werkzeugabdrängung und wegen der erhöhten Schnittkräfte möglicherweise zum Werkzeugbruch führen.
Es gilt also, einen Kompromiss zu finden zwischen dem maximal zulässigen Schneidkantenradius und der möglichst großen Schichtdicke. Um dem Anwender maximale Standzeit zu garantieren, ohne die Funktionsfähigkeit zu beeinflussen, sind unsere Toleranzen sehr eng.“

Die Inhouse-Beschichtung mit der CC800/9 DIA-Anlage von CemeCon bietet dabei große Vorteile: Die Diamantschichtdicke ist insbesondere an der Schneide sehr schwierig zerstörungsfrei zu messen und muss deshalb durch sehr exakte Prozessführung gesteuert werden. Fraisa misst jedes einzelne Präzisionswerkzeug aus und beschichtet bei Bedarf sogar auf die gewünschte Schichtdicke nach. Das ist bei einem Neuwerkzeug relativ

Die Geschäftsleitung von Fraisa und Behördenvertreter vor der CC800/9 DIA bei der Einweihung des neuen Beschichtungszentrums im ungarischen Sarospatak.
Bild: CemeCon

einfach, funktioniert bei einem verschlissenen beziehungsweise nachgeschliffenen Werkzeug jedoch nicht. Der Grund: Die blanke Hartmetalloberfläche des Werkzeugs muss zum Aufwachsen der Diamantkristalle speziell und aufwendig vorbehandelt werden.

Mechanische Mikro-Verankerung

Der Wahl des richtigen Hartmetalls kommt eine zentrale Bedeutung zu. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Diamant und Hartmetall ist unterschiedlich. Daraus ergeben sich Schichteigenspannungen bei der Abkühlung der Prozesstemperatur. Um trotzdem eine ausreichende Schichthaftung zu gewährleisten, muss die Oberfläche der Werkzeuge mikroskopisch fein aufgeraut werden. Dies führt zu einer besseren mechanischen Mikro-Verankerung der Schicht. Das ist eine große technische Herausforderung bei Werkzeugen im Präzisionssegment, wo Durchmessertoleranzen von wenigen Mikrometern garantiert werden und Schneidkantenradien ohnehin nicht zusätzlich verrundet sein sollten.

„Mit der Inhouse-Diamantbeschichtungslinie von CemeCon ist Fraisa so zum Juwel unter den Präzisionswerkzeugherstellern geworden.“
Hans Rechberger, Fraisa
Bild: CemeCon

„Jede Diamantbeschichtung – ob grob, fein, nano, kristallin oder multilagen – hat ihre Vorzüge und Besonderheiten. Da die Beschichtung nur ein Bestandteil des Werkzeugs ist, legen wir großen Wert darauf, die Werkzeuge speziell auf die Anwendung auszulegen. Dabei ist die Frage zentral, welcher Diamant-Werkzeug-Typ am besten zu der jeweiligen Applikation passt. So können wir dem Kunden immer ein optimiertes und abgestimmtes Paket offerieren. Mit der Inhouse-Diamantbeschichtungslinie von CemeCon ist Fraisa so zum Juwel unter den Präzisionswerkzeugherstellern geworden“, ergänzt Rechberger.

Kontakt:

• Fraisa SA, www.fraisa.com
• CemeCon AG, www.cemecon.de