Wie man Hartmetall-Schneidwerkzeugbeschichtungen für verschiedene Materialien auswählt

Die Auswahl der Beschichtung für Hartmetall-Schneidwerkzeuge beginnt mit dem Werkstück, nicht mit dem Beschichtungskatalog. Stahl, Aluminium, Graphit, CFK, Keramik und Leiterplattenlaminate führen zu unterschiedlichen Problemen hinsichtlich Verschleiß, Wärmeentwicklung, Haftung und Schnitthaltigkeit. Eine Beschichtung, die auf einem Material gut funktioniert, kann auf einem anderen schnell versagen. Für Einkäufer und Verfahrenstechniker besteht die praktische Aufgabe darin, Materialzusammensetzung, Abrasivität, Schnitttemperatur, Werkzeuggeometrie und Oberflächenanforderungen aufeinander abzustimmen, bevor sie den Werkzeugpreis vergleichen.

Was bestimmt die richtige Hartmetallwerkzeugbeschichtung?

Die beste Beschichtung für Hartmetallwerkzeuge ist diejenige, die den dominanten Ausfallmechanismus in Ihrer Anwendung minimiert. Härte ist wichtig, aber auch Reibung, Wärmefluss, Beschichtungsdicke und chemische Beständigkeit beeinflussen die Werkzeugleistung. Daher sollten Beschichtungen für Hartmetallschneidwerkzeuge nicht allein nach Härte, sondern ausgehend von den Bearbeitungsbedingungen ausgewählt werden.

TSHZ Das Unternehmen entwickelt CVD-diamantbeschichtete Schneidwerkzeuge für die abrasive und nichteisenmetallische Bearbeitung, darunter Graphitwerkzeuge, Mikrobohrer für Leiterplatten, diamantbeschichtete Wendeschneidplatten und kundenspezifische Profile. Das Produktsortiment ist auf Anwendungen ausgerichtet, bei denen herkömmliches Hartmetall schnell an Schneidleistung verliert, wie beispielsweise bei Graphit, CFK, hochsiliziumhaltigem Aluminium, Keramik und Glasfaser-Leiterplattenmaterialien.

Die Chemie des Werkstücks steht an erster Stelle.

Diamant ist keine universelle Beschichtung. Bei hohen Schnitttemperaturen reagiert Diamant chemisch mit Eisen und ist daher für gehärteten Stahl oder Edelstahl nicht die optimale Wahl. Eisenhaltige Werkstoffe erfordern in der Regel eine Beschichtung ohne Diamant.

CVD-Diamant gewinnt zunehmend an Bedeutung für abrasive Nichteisenmetalle und nichtmetallische Werkstoffe. Bei diesen Anwendungen ist das Hauptproblem oft der schnelle abrasive Verschleiß und weniger die chemische oder thermische Belastung der Schneidkante.

Abrasivität, Hitze und Reibung definieren die Leistungsanforderungen

Die TSHZ CVD-Diamantbeschichtungen sind für Spannungen von etwa 9000–10000 HV, einen Reibungskoeffizienten von etwa 0,05–0,1 und eine Wärmeleitfähigkeit von nahezu 2000 W/(m·K) spezifiziert.

Diese Eigenschaften lösen verschiedene Probleme bei der Bearbeitung. Hohe Härte verringert den abrasiven Verschleiß. Geringe Reibung trägt zur Kontrolle von Aufbauschneiden und Schnittwiderstand bei. Schnelle Wärmeableitung hilft, die Wärme aus der Schnittzone abzuführen. Ihre Beschichtungsentscheidung sollte sich daher auf die Schwachstelle konzentrieren, die Ihren aktuellen Prozess einschränkt.

Werkzeuggeometrie und Beschichtungsdicke beeinflussen die Kantengenauigkeit

CVD-Diamantbeschichtungen können in kontrollierten Dicken von etwa 1–30 μm aufgebracht werden, daher sind Dicke und Gleichmäßigkeit bei Mikrowerkzeugen, engen Nuten und Profilen mit engen Toleranzen wichtig.

Zu viel Beschichtung an einer kleinen Schneide kann den Spanraum oder den effektiven Durchmesser beeinträchtigen. Bei Mikrobohrern für Leiterplatten und kleinen Graphit-Schaftfräsern geht es bei der Beschichtungsqualität nicht einfach darum, die Schichtdicke zu erhöhen. Die Schneidengeometrie muss weiterhin für den Spanabtransport und die Maßhaltigkeit geeignet sein.

Welche Beschichtung eignet sich für welche Werkstückmaterialien?

Die Materialabstimmung ist der Kern der Auswahl von Beschichtungen für Hartmetall-Schneidwerkzeuge. Die folgende Tabelle bietet eine praktische Orientierungshilfe und stellt keine allgemeingültige Regel dar.

Stahl und Edelstahl benötigen Strategien für diamantfreie Beschichtungen.

Bei Stahl und Edelstahl ist die chemische Beständigkeit wichtiger als die Wahl der härtesten Oberfläche. Diamant kann bei hohen Schnitttemperaturen ungünstig mit Eisen reagieren.

Wählen Sie für diese Werkstoffe eine nicht-diamantbasierte Beschichtung, die auf Hitzebeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und die tatsächlichen Schnittbedingungen ausgelegt ist. Diese Einschränkung ist wichtig, da eine härtere Beschichtung nicht automatisch für jedes Werkstück besser geeignet ist.

Aluminium und Nichteisenmetalle profitieren von geringer Reibung

Eine praktische Hartmetallbeschichtung für Aluminium sollte die Materialhaftung kontrollieren und gleichzeitig eine saubere Schneidkante gewährleisten. Hochsiliziumhaltiges Aluminium birgt ein weiteres Problem, da der Siliziumgehalt den abrasiven Verschleiß erhöht.

Für diese Art von Anwendung ist TSHZ erforderlich. Diamantbeschichtete Schneideinsätze Diese Option bietet sich an, wenn herkömmliche Hartmetallschneidekanten Verschleiß oder Aufbauschneiden aufweisen. Das Wendeschneidplattenformat ist auch dann sinnvoll, wenn Ihr Produktionsprozess auf austauschbaren Schneidkanten und wiederholgenauer Positionierung basiert.

Graphit-, CFK-, Keramik- und Leiterplattenmaterialien erfordern eine hohe Verschleißfestigkeit.

Graphit, Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe, Keramik und Glasfaser-Leiterplattenmaterialien können Hartmetallschneiden selbst bei mäßigen Schnittkräften schnell verschleißen.

Bei der Diamantbeschichtung für die Graphitbearbeitung liegt der Hauptvorteil in der Erhaltung der Schneidkantengeometrie über einen längeren Bearbeitungszyklus. TSHZ gibt für vergleichbare Graphitanwendungen eine etwa 3- bis 18-fache Werkzeugstandzeitverbesserung gegenüber herkömmlichem Hartmetall an. Bei Leiterplattenanwendungen können unter geeigneten Bedingungen noch größere Verbesserungen erzielt werden.

Hier kommt den CVD-diamantbeschichteten Hartmetallwerkzeugen eine klare technische Bedeutung zu. Ihr Wert liegt in der Kontrolle des abrasiven Verschleißes und nicht einfach in der Erhöhung der nominellen Härte.

Wann lohnt sich der höhere Anschaffungspreis für CVD-Diamanten?

Der Kaufpreis eines beschichteten Werkzeugs spiegelt nicht die gesamten Bearbeitungskosten wider. Bei Beschichtungen von Hartmetall-Schneidwerkzeugen ist ein Vergleich unter Berücksichtigung der Werkzeugstandzeit, Maschinenstillstände, Maßabweichungen, Ausschussrisikos und des nutzbaren Ausstoßes pro Werkzeug aussagekräftiger.

Die Verwendung von CVD-Diamanten lässt sich leichter rechtfertigen, wenn abrasiver Verschleiß bereits zu häufigen Werkzeugwechseln oder instabiler Teilequalität führt.

Längere Werkzeugstandzeit verändert die Kostenrechnung.

Bei der Graphitbearbeitung gibt TSHZ typische Standzeitverbesserungen von etwa dem 3- bis 18-Fachen gegenüber herkömmlichem Hartmetall an, abhängig vom Werkzeug und den Schnittbedingungen. Bei speziellen Anwendungen im Bereich der Leiterplattenbohrung werden sogar Standzeitverbesserungen von 20 bis 30 erreicht.

Diese Zahlen sollten nicht als Garantie für jede Maschine oder jedes Material verstanden werden. Sie zeigen jedoch, warum die Kosten pro Teil oft aussagekräftiger sind als der Preis pro Werkzeug. Ein teureres Werkzeug kann die Produktionskosten dennoch senken, wenn es eine deutlich längere nutzbare Bearbeitungszeit ermöglicht.

Stabile Kantenbeschaffenheit unterstützt gleichbleibende Teilequalität

Der Werkzeugverschleiß verändert den Schnittdurchmesser, die Eckengeometrie, die Schnittkraft und den Oberflächenzustand.

Bei der Bearbeitung mit Graphitelektroden kann fortschreitender Verschleiß gegen Ende eines langen Bearbeitungsprogramms zu Maßabweichungen führen. Beim Bohren von Leiterplatten können verschlissene Schneidkanten zu Graten, Nagelköpfen, Schmierstellen und Veränderungen der Lochwandqualität beitragen.

Eine Beschichtung, die den Kantenverschleiß verlangsamt, trägt dazu bei, gleichmäßigere Bearbeitungsbedingungen während eines gesamten Produktionslaufs zu gewährleisten.

Weniger Werkzeugwechsel können die Kosten pro Teil senken

Bei einer Anwendung im Bereich Leiterplatten berichtet TSHZ von einer Reduzierung der Werkzeugwechselhäufigkeit um etwa 90 % und einer Senkung der Kosten pro Bohrung um etwa 20–30 %.

Entscheidend ist die Berechnungsmethode. Einkaufsteams sollten Werkzeugkosten, Gesamtausstoß, Rüstzeiten, Ausschuss und Maschinenauslastung miteinander vergleichen. Dies ergibt ein realistischeres Bild davon, ob die Beschichtung die Produktionskosten senkt.

Welches TSHZ-Werkzeug eignet sich für welche Anwendung mit hohem Verschleiß?

Sobald die Beschichtungsrichtung feststeht, muss die Werkzeuggeometrie als nächstes entschieden werden. Hartmetall-Schneidwerkzeugbeschichtungen können eine Schneidwerkzeugform, die nicht zum Bearbeitungsprozess passt, nicht kompensieren.

TSHZ bietet verschiedene CVD-diamantbeschichtete Schneidwerkzeuge für unterschiedliche Bearbeitungsmuster an, daher sollte das Produkt sowohl nach Werkstückmaterial als auch nach Bearbeitungsaufgabe ausgewählt werden.

Graphitfräsen mit einem zylindrischen Schaftfräser mit flachem Boden

Für ebene Oberflächen, Taschen, Schlitze und die allgemeine Bearbeitung mit Graphitelektroden, ein Diamantbeschichteter zylindrischer Schaftfräser mit flachem Boden ist eine praktische Option.

Seine Geometrie ermöglicht das Dimensionsfräsen, während die Diamantbeschichtung dem abrasiven Verschleiß von Graphit entgegenwirkt. Verliert ein herkömmlicher Hartmetall-Schaftfräser bei längeren Graphitbearbeitungen zunehmend an Durchmesser, ist die gleichzeitige Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der Werkzeuggeometrie in der Regel sinnvoller als häufigere Werkzeugwechsel.

Schneiden von Nichteisenmetallen und Verbundwerkstoffen mit diamantbeschichteten Wendeschneidplatten

Diamantbeschichtete Wendeschneidplatten eignen sich für Prozesse, die auf austauschbare Schneidkanten, Profilkontrolle oder wiederholbare Indexierung angewiesen sind.

Bei hochsiliziumhaltigem Aluminium, Graphit, Keramik und harten Verbundwerkstoffen kann die Kombination eines Hartmetallsubstrats mit einer CVD-Diamantoberfläche hilfreich sein, wenn Abrieb oder Aufbauschneiden die nutzbare Schnittzeit verkürzen. Die Anwendung muss jedoch hinsichtlich Materialverträglichkeit, Schnitttemperatur und Schneidengeometrie geprüft werden.

Leiterplattenbohren mit diamantbeschichteten Mikrobohrern

FR-4-, HDI- und Mehrlagenplatinen enthalten Glasfasern, Harz und Kupfer. Diese Kombination führt zu kontinuierlichem abrasivem Verschleiß, sodass der Zustand der Schneidkante die Lochqualität direkt beeinflusst.

TSHZ Diamantbohrer für Leiterplatten Die Produkte sind für diese Bearbeitungsumgebung konzipiert. Bei der Auswahl eines geeigneten Diamantbohrers für Leiterplatten sollten neben dem Durchmesser auch die fertige Bohrungsgröße, die Kompensation der Beschichtung, der Leiterplattenaufbau, die Werkzeuglänge, die Spanabfuhr und der Spindelzustand berücksichtigt werden.

Was sollten Sie vor der Bestellung oder Anpassung eines Werkzeugs bestätigen?

Die Auswahl einer Beschichtung sollte mit den Bearbeitungsdaten beginnen. Bevor Beschichtungen für Hartmetall-Schneidwerkzeuge verglichen werden, müssen Werkstoffgüte, Werkzeugdurchmesser, Schnittlänge, Maschinenzustand, Bearbeitungsart, erforderliche Oberflächenbeschaffenheit und das aktuelle Ausfallverhalten definiert werden.

Dies hilft festzustellen, ob das eigentliche Problem auf Verschleiß der Beschichtung, ungeeignete Geometrie, mangelnde Steifigkeit oder Bearbeitungsparameter zurückzuführen ist.

Material, Geometrie und Bearbeitungsziel bestätigen

Geben Sie dem Lieferanten das genaue Werkstückmaterial an, anstatt einer allgemeinen Beschreibung wie „Aluminium“ oder „Verbundwerkstoff“. Hochsiliziumhaltiges Aluminium verhält sich anders als weichere Aluminiumsorten, und Verbundstrukturen können sich erheblich unterscheiden.

Geben Sie außerdem die aktuelle Werkzeugspezifikation oder -zeichnung, die Anforderungen an die Schrupp- oder Schlichtbearbeitung, den gewünschten Oberflächenzustand und den zu behebenden Fehler an. Die Werkzeugauswahl wird wesentlich präziser, wenn die Fehlerursache klar definiert ist.

Verwenden Sie benutzerdefinierte Profile, wenn die Standardgeometrie nicht passt.

Für beengte Platzverhältnisse, spezielle Konturen, nicht standardmäßige Durchmesser oder kombinierte Bearbeitungsmerkmale bietet TSHZ eine Benutzerdefiniertes Profil Service.

Ein sinnvoller Ansatz besteht darin, Substrat, Schneidkantengeometrie, Beschichtungsdicke und Anwendungsanforderungen als ein einziges Konstruktionsproblem zu behandeln. Dies ist insbesondere bei abrasiven Werkstoffen relevant, da bereits geringfügige geometrische Änderungen Auswirkungen auf Spanabfuhr, Steifigkeit oder Schneidkantenstabilität haben können.

Anwendungsunterstützung erhalten und TSHZ kontaktieren

Wenn Sie standardmäßige CVD-diamantbeschichtete Schneidwerkzeuge mit einem kundenspezifischen Profil vergleichen, halten Sie bitte Ihr Werkstückmaterial, die vorhandenen Werkzeugspezifikationen, die Zeichnung, die Spindelinformationen, die aktuelle Werkzeugstandzeit und die beobachtete Ausfallart bereit.

Die richtigen Hartmetall-Schneidwerkzeugbeschichtungen sind diejenigen, die zum Material, den Schnittbedingungen, der Geometrie und der Wirtschaftlichkeit der Produktion passen, anstatt einfach nur die höchste Härte zu bieten.

Für eine projektspezifische Auswahl verwenden Sie bitte die TSHZ. Kontakt Bitte nutzen Sie diese Seite, um Ihre Bearbeitungsdetails zu übermitteln. Eine aussagekräftige Anfrage sollte das Material, die Werkzeuggeometrie, das aktuelle Verschleißproblem, die gewünschte Oberflächengüte und das Produktionsziel enthalten, damit die Beschichtung und die Werkzeugform gemeinsam bewertet werden können.

Häufig gestellte Fragen

Welche Hartmetall-Schneidwerkzeugbeschichtungen eignen sich für die Graphitbearbeitung?
CVD-Diamant eignet sich gut für Graphit, da Graphit stark abrasiv ist. Die Härte und die geringe Reibung der Beschichtung tragen dazu bei, den Kantenverschleiß zu verringern und die Maßhaltigkeit auch bei längeren Fräszyklen zu gewährleisten.

Können CVD-diamantbeschichtete Hartmetallwerkzeuge für Edelstahl verwendet werden?
Diamanten eignen sich aufgrund ihrer chemischen Affinität zu Eisen generell nicht für die Hochtemperaturbearbeitung von Edelstahl oder anderen eisenbasierten Werkstoffen. Eine geeignete Beschichtungsstrategie ohne Diamant ist in der Regel besser geeignet.

Wie entscheide ich, ob sich der höhere Preis für eine Diamantbeschichtung lohnt?
Vergleichen Sie die Kosten pro Teil oder pro Bohrung anstatt nur den Kaufpreis. Berücksichtigen Sie Werkzeugstandzeit, Werkzeugwechselzeit, Maschinenstillstände, Ausschussrisiko und Stabilität der Oberflächenqualität. Wenn abrasiver Verschleiß die Hauptursache für Ausfallzeiten oder Prozessabweichungen ist, kann CVD-Diamant die gesamten Bearbeitungskosten senken.