Der vollständige Leitfaden zur Herstellung von Hartmetall-Schaftfräsern

1. Rohstoffauswahl

Das „Karbid“ in Hartmetall-Schaftfräser ist eigentlich ein Hartmetall, das aus Wolframkarbidpartikeln (WC) besteht, die durch einen Metallbinder, normalerweise Kobalt (Co), zusammengehalten werden.

Wolframcarbid: Extrem hart (9 auf der Mohs-Skala, ~2600 HV Vickers-Härte). Bietet Verschleißfestigkeit.

Kobalt: Zähe, duktile Bindephase, die Stöße absorbiert und Sprödigkeit verhindert.

Warum Komposition wichtig ist:

Mehr Kobalt → härteres, aber etwas weicheres Werkzeug (gut für unterbrochene Schnitte).

Weniger Kobalt → härter, aber spröder (gut für kontinuierliches Schneiden in starren Aufbauten).

Die Korngröße von WC beeinflusst die Kantenschärfe und die Verschleißfestigkeit:

Ultrafein (0,2–0,5 μm) für hohe Härte und scharfe Kanten.

Gröbere Körner (>1 μm) für Schlagfestigkeit.

2. Pulvermischung und Konditionierung

Wolframkarbidpulver, Kobaltpulver und kleine Mengen anderer Karbide (Tantal-, Titan-, Niobkarbide) werden nach Gewicht gemessen.

Eine Kugelmühle oder Attritormühle mischt sie in Ethanol oder Wasser mit einem Wachs-/Paraffinbindemittel, um eine homogene Aufschlämmung herzustellen.

Zweck: Gewährleistung einer gleichmäßigen Verteilung des Kobalts, Verhinderung von Agglomeration und Beschichtung jedes WC-Korns mit Bindemittel für starke Sinterbindungen.

3. Sprühtrocknung

Die Aufschlämmung wird einem Sprühtrockner zugeführt, der kugelförmige Pulveragglomerate erzeugt.

Diese Agglomerate fließen wie feiner Sand – wichtig für eine gleichmäßige Pressung.

Der Feuchtigkeitsgehalt wird streng kontrolliert; zu trocken → Risse; zu nass → schlechtes Pressen.

4. Drücken Sie auf das grüne Leerzeichen

Zwei Hauptmethoden:

Uniaxiales Matrizenpressen → gut für Rohlinge mit geradem Schaft.

Strangpressen → ermöglicht die Herstellung langer Stangen oder Stangen mit inneren Kühlmittelkanälen.

Das resultierende Teil wird als Grünling bezeichnet – schwach und spröde, aber mit den ungefähren Abmessungen des endgültigen Stabes.

Die Pressrichtung und die Druckgleichmäßigkeit wirken sich direkt auf die Dichteverteilung aus, was sich später auf die Werkzeugfestigkeit auswirkt.

5. Vorsintern (Entbindern)

Der Grünling wird in einem Niedertemperaturofen (~600–800 °C) erhitzt, um den Wachs-/Paraffinbinder zu entfernen, ohne dass es zu Oxidation oder Verformung kommt.

Zurück bleiben nur lose zusammengehaltene Metallpulver.

6. Sintern (Flüssigphasensintern)

Hauptverdichtungsschritt: Erhitzen auf 1400–1500 °C im Vakuum oder in einer Wasserstoffatmosphäre.

Das Kobalt schmilzt (flüssige Phase) und fließt zwischen den WC-Körnern hindurch, wobei es diese durch Kapillarwirkung zusammenzieht.

Das Teil schrumpft linear um ca. 18–22 % und erreicht eine theoretische Dichte von 99 %.

Ergebnis:
Ein vollständig dichter, extrem harter Stab ohne Porosität, bereit zum Schleifen.

7. Rutenvorbereitung

Hartmetallstäbe werden mit einer Diamantsäge oder Drahterodiermaschine auf Länge geschnitten.

Die Enden können abgeschrägt sein, um ein Absplittern während der Handhabung zu verhindern.

Bei Kombinationswerkzeugen (Stahlschaft-Hartmetall-Schneidkopf) erfolgt in dieser Phase das Löten.

8. CNC-Schleifen von Geometrie

Nutenschleifen

Durchgeführt auf 5-Achsen-CNC-Werkzeugschleifmaschinen mit Diamantschleifscheiben.

Maschinen halten Toleranzen innerhalb weniger Mikrometer ein.

Zu den Parametern gehören:

Anzahl der Rillen (2, 3, 4 oder mehr)

Spiralwinkel (geringe Spirale für Festigkeit, hohe Spirale für schnellere Spanabfuhr)

Kerndicke (beeinflusst Steifigkeit und Spanraum)

Endgeometrieschleifen

Die Werkzeugspitze ist geformt – flach, kugelförmig, mit Eckenradius oder in Sonderform.

Sekundäre Freiwinkel und Spanwinkel werden geschliffen, um die Schnittleistung zu optimieren.

Bei hochpräzisen Werkzeugen wird eine Kantenvorbereitung (Honen) angewendet, um die Schärfe im Vergleich zur Absplitterungsbeständigkeit zu kontrollieren.

9. Optional: Bohren von Löchern mit Kühlmittelzufuhr

Wenn der Schaftfräser mit inneren Kühlmittelkanälen ausgestattet ist, entstehen diese beim Strangpressen oder durch Funkenerosionsbohren nach dem Sintern.

Durch Funkenerosion (Electrical Discharge Machining) können kleine, präzise Löcher erzeugt werden, ohne das Hartmetall zu beschädigen.

10. Beschichtung (PVD/CVD)

Zweck: Verlängern Sie die Standzeit des Werkzeugs, reduzieren Sie die Reibung und widerstehen Sie Hitze.

Gängige Beschichtungen:

TiAlN / AlTiN: Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.

DLC (diamantähnlicher Kohlenstoff): Geringe Reibung, hervorragend für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen geeignet.

Nanokomposit-Beschichtungen: Extrem feine Struktur für extreme Verschleißfestigkeit.

Prozesse:

PVD (Physical Vapour Deposition): Niedrigere Temperatur (~450–600 °C), bewahrt scharfe Kanten.

CVD (Chemical Vapour Deposition): Höhere Temperatur (~900–1050 °C), dickere Beschichtung, möglicherweise Nachschleifen erforderlich.

11. Endkontrolle

Lasermikrometer messen Durchmesser, Konzentrizität und Rundlauf.

Optische Komparatoren prüfen die Form der Nut.

Geprüft werden Lackhaftung und Oberflächenrauheit.

Hochleistungsmühlen sind für Hochgeschwindigkeitsspindeln dynamisch ausgewuchtet.

12. Verpackung

Jedes Werkzeug wird per Ultraschall gereinigt, um Schleif- und Beschichtungsrückstände zu entfernen.

Verpackt in einzelnen Kunststoffrohren, um ein Absplittern während des Transports zu verhindern.

Übersichtstabelle: