(openPR) Wie herkömmliche HSS-Werkzeuge die heutigen Anforderungen erfüllen
Erlangen, 25. Januar 2018 – Zerspanungswerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS) erleben ein weltweites Wachstum ohne Anzeichen für eine Verlangsamung. Für ein schwedisches Fertigungsunternehmen ist der Bohrer A553 aus Schnellarbeitsstahl mit Kobalt (HSS-E) von Dormer ein wichtiges Arbeitsmittel.
Laut Global Industry Analysts soll der globale Markt für HSS-Zerspanungswerkzeuge bis 2020 um mehr als 10 Milliarden US-Dollar anwachsen.(Quelle: Global Industry Analysts, www.strategyr.com/MarketResearch/High_Speed_Steel_HSS_Metal_Cutting_Tools_Market_Trends.asp). Das ist eine enorme Wachstumsrate, insbesondere im Hinblick auf den derzeit geschätzten globalen Marktbedarf für die gesamte Zerspanungsbranche von etwa 18,5 Mrd. US-Dollar. Die Absatzsteigerung ergibt sich aufgrund der permanent hohen Nachfrage aus Schlüsselbranchen wie bspw. der Automobil- und Bauindustrie sowie der Energietechnik und Industrieanlagenbau.
HSS-Bohrer mit hoher Prozesssicherheit
Das 1951 in Schweden gegründete Unternehmen Larssons i Bjärred Mekaniska Verkstad AB stellt Metallprodukte in Lohnfertigung her und bietet Verarbeitungs- und Montageunterstützung für eine Vielzahl von Industrien. Für einen spezifischen Fertigungsauftrag müssen Verpackungsmaschinenrollen aus Edelstahl 1.4305 und 1.4301 mit Tausenden von Bohrungen versehen werden. Hierfür kommt der Dormer-Bohrer A553 mit 12 mm Durchmesser zum Einsatz. Aufgrund seiner Hochleistungs-Beschichtung aus TiAlN (Titanaluminiumnitrid) und innerer Kühlmittelzufuhr legt das Werkzeug bei einer Bohrtiefe von bis zu 70 mm die enorme Bohrstrecke von 70-75 m zurück. Für Larssons ist HSS die bevorzugte Option wie CNC-Bediener Gunnar Wistrand erklärt: „Im Gegensatz zu einem VHM-Bohrer ist es ein zähes Werkzeug, das deutlich mehr wegstecken kann. Ein weiterer Sicherheitsvorteil des A553 besteht darin, dass wir die Maschine ohne Ausfallrisiko allein lassen können.” Durch diese hohe Prozesssicherheit wird der Trend zur Mehrmaschinenbedienung unterstützt. In dieser Hinsicht überwiegen die Vorteile von HSS gegenüber den Nachteilen bei weitem, wie Gunnar Wistrand bestätigt: „Zwar dauert die Fertigung jeder Rolle mit dem A553 zirka 30 Sekunden länger, dafür ist der Prozess aber vorhersagbar und die Umrüstzeit erheblich kürzer.“ Rüstzeit ist bares Geld in der Fertigung. Die HSS-Bohrer gehören quasi zu den Langläufern unter den Bohrwerkzeugen und sind hochproduktiv. „Die zusätzliche Zeit für den Werkzeugwechsel würde uns sehr viel mehr kosten. Die weniger häufigen Werkzeugwechsel eliminieren auch jegliche Sicherheitsbedenken.“
Eine beliebte Option
Ricky Payling, Produktmanager für Monowerkzeuge bei Dormer Pramet, untersucht die Gründe für die fortwährende Beliebtheit, die verschiedenen verfügbaren Zusammensetzungen und die Anpassungen des Werkstoffs an eine sich schnell wandelnde Industrie. „Trotz der zunehmenden Konkurrenz von Vollhartmetall (VHM) bleibt HSS bei den Herstellern wegen seiner hohen Verschleißfestigkeit und den hervorragenden Härte- und Zähigkeitseigenschaften weiterhin eine bevorzugte Alternative.“
HSS-Zerspanungswerkzeuge eignen sich laut dem Produktmanager am besten für die Massenproduktion, bei der Standzeit, Vielseitigkeit, Produktivität und Werkzeugkosten von größter Bedeutung für ein Fertigungsunternehmen wie Larssons sind. Sie spielen daher nach wie vor eine wichtige Rolle bei der effizienten und zuverlässigen Bearbeitung vieler Komponenten. Außerdem erweist sich die aktuelle Ausrichtung auf gute Produktqualität, die die Anwendungsanforderungen des Kunden bei einem wirtschaftlichen Preis erfüllt, in dem vorherrschenden globalen Wirtschaftsklima als attraktiv.
Zur Unterstützung der weltweit zunehmenden Nachfrage nach HSS haben die Zerspanungswerkzeughersteller diesem Segment umfangreiche Ressourcen zugeordnet. Dies umfasst nicht nur Investitionen in die Entwicklung neuer Produkte, sondern auch Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Ein Ergebnis davon sind zuverlässigere HSS-Werkzeuge bei einer geringeren Anzahl von Materialfehlern, niedrigeren Produktionskosten und kürzeren Durchlaufzeiten. Verbesserte Substrate, einschließlich Pulvermetallurgie und Beschichtungen waren dabei für eine weitere Leistungssteigerung ausschlaggebend.
Das Monowerkzeugsortiment von Dormer umfasst derzeit vier verschiedene Werkstoffarten: Schnellarbeitsstahl (HSS), Schnellarbeitsstahl mit Kobalt (HSS-E), Schnellarbeitsstahl/Vollhartmetall (HSS VHM) und pulvermetallurgischer Schnellarbeitsstahl (HSS-E-PM). Diese Werkstoffe werden quer durch unser Sortiment von Bohrern, Kegelsenkern, Reibahlen, Gewindebohrern und Fräsern verwendet.
HSS-Zusammensetzung
Die typischen Legierungsbestandteile von HSS sind Chrom (4 %), Wolfram (ca. 6 %), Molybdän (bis zu 10 %), Vanadium (etwa 2 %), Kobalt (bis zu 9 %) und Kohlenstoff (1 %). Die verschiedenen Qualitäten hängen von den unterschiedlichen Anteilen der hinzugefügten Elemente ab.
Chrom verbessert die Härtbarkeit und verhindert die Verzunderung. Wolfram bietet höhere Schneideffizienz und Anlassbeständigkeit sowie verbesserte Härte und Warmfestigkeit. Molybdän als ein Nebenprodukt der Kupfer- und Wolframgewinnung verbessert ebenfalls die Schnitteffizienz und Härte sowie die Anlassbeständigkeit. Das in vielen Mineralien vorhandene Vanadium bildet sehr harte Carbide für einen guten abrasiven Verschleißwiderstand. Es erhöht den Warmverschleißwiderstand und die Festigkeit sowie die Anlassbeständigkeit. Während Kobalt die Hitzebeständigkeit, die Anlassbeständigkeit und in geringfügigem Umfang die Wärmeleitfähigkeit verbessert, erhöht Kohlenstoff die Verschleißfestigkeit und ist für die Grundhärte (ca. 62-65 Rc) verantwortlich. Die Zugabe von 5 bis 8 Prozent mehr Kobalt zu HSS verbessert die Festigkeit und Verschleißfestigkeit. Bohrer mit einem größeren Kobaltanteil werden üblicherweise in einem anwendungsspezifischen Umfeld verwendet.
Vorteile von HSS gegenüber VHM
Selbst wenn die Steifheit im Laufe der Zeit abnimmt, können HSS-Werkzeuge unabhängig von der Werkzeugmaschine und den Einspannbedingungen des Werkstücks Schwingungen widerstehen. Beim Fräsen verhindern sie mechanische Stöße auf Zahnebene und kommen mit schwankenden Schmierungsbedingungen zurecht, die Temperaturwechsel herbeiführen können. Außerdem können Werkzeughersteller dank der einzigartigen Festigkeit von Schnellarbeitsstählen extrem scharfe Schneidkanten erzeugen. Das vereinfacht die Bearbeitung von schwierigen Werkstoffen, verringert den Aufwand beim Härten von austenitischem Edelstahl und Nickellegierungen und ergibt eine Verbesserung bei Oberflächenqualität und Toleranzen der bearbeiteten Teile.
Da das Metall zerspant und nicht herausgebrochen wird, ergibt sich eine längere Werkzeugstandzeit mit einer niedrigeren Temperatur der Schneidkante. HSS benötigt zudem geringere Schnittkräfte, die schließlich einen reduzierten Stromverbrauch bei den Werkzeugmaschinen bedeuten. Und von der Perspektive der Standzeit aus betrachtet, zeigt HSS bei diskontinuierlichen Zerspanungsanwendungen sehr gute Leistungen. Der Schnittgeschwindigkeitsbereich ist im Vergleich zu VHM-Werkzeugen jedoch deutlich kleiner.
Beschichtungen und Substratmaterialien
„HSS mag ein bewährter Werkstoff für Zerspanungswerkzeuge sein, das bedeutet aber nicht, dass er seit seiner ersten Verwendung Ende des 19. Jahrhunderts keinen kontinuierlichen Weiterentwicklungen und Verbesserungen unterworfen gewesen wäre“, erläutert Ricky Payling. Das HSS-Substratsortiment von Dormer Pramet sei demnach alles andere als veraltet. „Wir haben in die Pulvertechnik investiert, um einen Werkstoff zu entwickeln, der bessere Ergebnisse erzielt.“ Pulvermetallurgischer Schnellarbeitstahl (HSS-E-PM) bietet einen höheren Anteil an Legierungselementen und eine Kombination von einzigartigen Eigenschaften zur Verbesserung von Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Härte. Die Verwendung von HSS-E-PM verlängert die Werkzeugstandzeit, verbessert die Vorschub- und Drehzahlleistung und trägt zu einer Reduzierung von Spanproblemen bei.
Die jüngste Anwendung der Pulvermetallurgie sind die Gewindebohrer aus der Shark Line von Dormer. Sie werden aus einem speziell für Gewindebohrer entwickelten HSS-E-PM-Substrat gefertigt, um höhere Zähigkeit, gleichbleibend konstante Eigenschaften und verbesserte Schleifeigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Schnellarbeitsstählen zu erzielen. Diese positiven Eigenschaften führen zu einer genauer vorhersagbaren und garantierten Lebensdauer der Gewindebohrer.
HSS-E und HSS-E-PM sind darüber hinaus hervorragende Substratwerkstoffe für eine Vielzahl von Beschichtungen wie z. B. Titannitrid (TiN), Titanaluminiumnitrid (TiAlN), Titancarbonitrid (TiCN) sowie mehrlagige Beschichtungen – Beschichtungen verbessern die Werkzeugstandzeit und steigern die Leistung von HSS-Werkzeugen in Umgebungen mit hoher Produktivität, Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit sowie bei der Trockenbearbeitung und bei der Bearbeitung von schwierigen Werkstoffen. Sie bieten eine größere Oberflächenhärte für eine höhere Verschleißfestigkeit, geringere Reibung für eine bessere Spanbildung, geringere Schnittkräfte und Wärmeentwicklung, Kolkverschleißfestigkeit und verbesserte Oberflächenqualität der Fertigteile. So eignen sich TiAlN-beschichtete HSS-E-Zerspanungswerkzeuge wegen der hohen Warmfestigkeit insbesondere für die Trockenbearbeitung von Gusseisen, während TiAlN-beschichtete HSS-E-PM-Werkzeuge sehr gut für die Bearbeitung von Titan- und Nickellegierungen eingesetzt werden können.
Und das Fazit des Anwendungsspezialisten für Monowerkzeuge/ Rotationswerkzeuge von Dormer: „In einer Zeit, in der die Nutzer zuverlässige, gleichbleibend gute und vielseitige Werkzeuge zu einem wirtschaftlichen Preis fordern, ist Schnellarbeitsstahl nach wie vor die ideale Wahl für viele Anwendungen. In dieser Hinsicht kann er sich immer noch auf dem Markt gegenüber neueren, technisch fortgeschrittenen Werkstoffen behaupten.“ Schnellarbeitsstahl sei über viele Jahre hinweg eher wichtiger geworden, indem er mit neuen Beschichtungen, veränderter Zusammensetzung und Integration neuer Technologie angepasst wurde. Das hat dazu beigetragen, seine Position als unerlässlicher Werkstoff in der Zerspanungsindustrie beizubehalten. „In der schon immer von Wettbewerb bestimmten Zerspanungsindustrie bleibt HSS eine wichtige Komponente, indem er den Kunden das anbietet, was stets eine grundlegende Anforderung war: eine Auswahloption.“
((Bilder))
Bild 1: Thomas Lundqvist (links) und Gunnar Wistrand von dem schwedischen Fertigungsunternehmen Larssons i Bjärred Mekaniska Verkstad.
Download: http://www.pr-x.de/fileadmin/download/pictures/Dormer_Pramet/Thomas_Lundqvist_Gunnar_Wistrand1.jpg
Bild 2: Langläufer: Der A553-Bohrer im Einsatz bei Larssons i Bjärred Mekaniska Verkstad AB.
Download: http://www.pr-x.de/fileadmin/download/pictures/Dormer_Pramet/A553_action_at_Larssons_Mekaniska_Bjaerred.jpg
