Gyémánt még precízebben

A polikristályos gyémánt (PKD) élő forgácsoló szerszámoknak stabil helyük van a forgácsolás ban különösen nem vasfémek esetén. Az éltartam és a forgácsoló él minőségének kiegyensúlyozott viszonya gyakran kényes pont. Minél nagyobb a gyémánt tartalom az élen annál hosszabb az éltartam. A durvább szemcsés PKD minőségeknél a gyémánt aránya viszonylag egyszerűen növelhető, azonban mikroszkopikus kis “csipkék” is megjelennek. A Walter AG ezért egy új megmunkálásra vált: a lézer a kiálló gyémánt szemcséket nagy precizitással elpárologtatja, jobb minőségű forgácsolóélt hozva létre.

Egyszerű telejsítményígéretek

A gyémánt egy különleges „kisugárzású” szerszámanyag, még akkor is, ha az iparilag előállított PKD-nak kevés köze van a csillogó ékszerhez. A polikristályos gyémántot keménysége miatt két anyagcsoportnál alkalmazzák: az egyiknél a kemény-fém szerszámok már nem gazdaságosak, a másikat pedig eleve csak a PKD-val lehet megmunkálni. A nem vas fémek – elsősorban az alumínium – mellett ide tartoznak többek között a műanyagok, a karbonszállal erősített műanyagok (CFRP), a kompozitok, a titánötvözetek, a kerámia és a keményfémek. „A PKD-alkalmazásokban érintett ügyfeleink jó kétharmada az autóiparban dolgozik. További 20 százalékot tesz ki a repülőgépipar, ahol a kompozit anyagokból készülő könnyűszerkezetek állnak a középpontban. Ezeknek a felhasználóknak ajánlja a Walter a PKD-programját” – mondja Alexander Krause, a Walter PKD-üzletágának menedzsere.

Éltartam vagy forgácsolási minőség?

A PKD szerszámok 98 százaléka egyedi megoldásként készül az ügyfeleknek. Ezek a szerszámok egy alaptestre épülnek, amelyre ráforrasztják az egyes PKD elemeket. „Egy szakképzett munkatársunk kerámiarudak, csipesz és forrasztófólia segítségével kézi úton forraszt fel minden egyes PKD szegmenst, megközelítően 700 °C-on. Az egyes lapkák el-helyezése ezzel az eljárással azonban nem lehet annyira pontos, hogy a szükséges – legtöbbször csupán néhány mikrométernyi – tűrést be lehessen tartani. Ezért bizonyos mértékű ráhagyással kell dolgoznunk” – magyarázza Roland Hanischdörfer, a Walter PKD-üzletágának termékmenedzsere. Csak két további megmunkálási fázis után éri el a forgácsolóél a szükséges minőségét és pontosságát.

A Walter PKD alakmarója optimalizált geometriával

A Walter PKD alakmarója optimalizált geometriával

Az első művelet a huzal-szikraforgácsolás. A szerszám és a szikraforgácsoló huzal között pulzáló elektromos feszültséget hoznak létre. A huzal és a szerszám közötti legkisebb távolságban plazma képződik, amely a feszültség pulzálásának következtében kisül. Ezáltal egy kis mennyiségű megolvadt anyag a szerszámból és a huzalból is leválik. Lépésről lépésre, impulzusról impulzusra haladva alakul ki a kontúr a szerszám-anyagban. Az ilyen módon előkészített PKD forgácsolóélt még köszörülik, így kapja meg a végleges élességét és pontosságát.

Az eddigiek a bevált módszert jelentik. De az eljárás korábbi formája egy fontos szempontból nem garantál optimális eredményt, mivel a PKD minőségekben a szemcsék mérete eltérő. Minél nagyobb a PKD szemcse a kötőanyagként használt kobaltban, annál több gyémánt található a forgácsolóélen. Minél több a gyémánt a forgácsolóélen, annál hosszabb az éltartam. A huzal azonban nem tudja a forgácsolóélen talál-ható szemcsét keresztülvágni, hanem megkerüli azt. Így mikroszkopikus méretű „csipkék“ keletkeznek, amelyek kedvezőtlen hatással vannak a munkadarab felületi minőségére. A következő lépésben alkalmazott köszörüléskor a kiálló szemcséket a forgácsolóél síkjához köszörülik, ezáltal simább, kevésbé „csipkézett” él jön létre. Előfordul, hogy köszörüléskor a PKD szerszám élén a kötőanyagmátrixból szemcsék törnek ki, így megmarad egy bizonyos mértékű egyenetlenség.

Lézersugár állítja elő a frogácsolóélt

A lézeres megmunkálásnak döntő előnye van a szikraforgácsolásból és köszörülésből álló eljárással összehasonlítva: a lézersugár – ahol az impulzus időtartama mindössze néhány pikomásodperc (10-12 s) – átvágja a gyémántszemcséket, és így pontos, csipkék nélküli forgácsolóél keletkezik még akkor is, ha a forgácsolóél gyémánttartalma nagy. „Ahogy az általánosan ismert, a gyémánt tulajdonképpen szén – és a szén viszonylag jól ég. A pulzáló lézerrel koncentrált termikus hatás éri a megmunkálandó anyagot. A kiálló szemcse elpárolog, anélkül hogy az azt körülvevő területet hőhatás érné” – foglal-ja össze Alexander Krause a megmunkálási technológiát.

Forgácsolóél lézerrel kialakított forgácstörő horonnyal

Forgácsolóél lézerrel kialakított forgácstörő horonnyal

A lézeres megmunkálásnak köszönhetően a gyakorlati szabály – hosszabb éltartam egyenlő a csipkés éllel – többé már nem érvényes. Helyette a Walter-ügyfelek egyedi PKD szerszámaikat lényegesen hosszabb éltartammal és egyidejűleg sokkal simább forgácsolóéllel kapják meg. Az élesebb forgácsolóél csökkenti a forgácsolóerőt, így elkerülhető a vékony falú munkadarabok deformációja, a rezgések minimálisra csökkennek, továbbá nem feltétlenül szükséges a munkadarab stabilabb befogása, a megmunkálandó munkadarab felületi minősége ugyanakkor javul.

Szélesebb spektrum

Az új lézeres megmunkálással a Walter szakértői nemcsak a forgácsolóél minőségében kínálnak ugrást, hanem egyidejű-leg a termékkört is bővítik. Az új megmunkálási technológiával a Walter nem csupán olyan egyedi szerszámokat kínál, amelyeket a PKD élek helyzete vagy geometriája miatt egyáltalán nem vagy csak gazdaságtalanul lehetett gyártani. A lézer segítségével leküzdhetők a zavaró kontúrok melletti megmunkálások, és akár bonyolult harangszerszámok is készíthetők.

A lézer megmunkálás közben

A lézer megmunkálás közben

A jövőben a szerszámok kémiai gőzfázisú gyémántbevonatolással (CVD) is rendelkezésre állnak. A vastag CVD bevonatú szerszámok forgácsolóéle tiszta, szintetikusan előállított, kötőanyag nélküli gyémántból áll. Az élek szikraforgácsolással nem munkálhatók meg, mivel hiányzik az elektromosan vezető kötő-anyagmátrix. Ennek az anyagnak a köszörülése sem gazdaságos. A lézeres megmunkálással azonban ez is lehetséges. A CVD gyémánt kétszer keményebb, mint a PKD, ugyanakkor kevésbé szívós, ezért a kitöredezés veszélye jelentősen nagyobb. Az egyedi alkalmazási területeken dolgozó ügyfeleknek mégis az optimális megoldást jelenti maximális éltartammal.

Műszaki támogatás

A felhasználó számára minden technológiai fejlesztési lép-csőfoknál a döntő tényező: hatékonyabbá válni. Hogyan jut érvényre ez a haszon az ügyfeleknél? „Teljesen közvetlenül – válaszol Roland Hanischdörfer. – A PKD szerszámok alkalmazásukat tekintve komplexek. Nem egyszerűen csak kiszállítjuk a szerszámokat, és utána «elfelejtjük» azokat. Az ügyféllel való közvetlen kapcsolat döntő szerepet játszik. Munkatársaink a helyszínen vannak az új szerszámmal: megadják a forgácsolási paramétereket, optimalizálják a megmunkálási folyamatokat és elemzik a problémákat. Csak így tudják ügyfeleink az új technológia alkalmazásából származó előnyt teljes mértékben a hatékonyság növelésére fordítani. A szolgáltatás nálunk a termék egyik fontos része” – mondja Roland Hanischdörfer.