Wie ermöglichen neue Hartmetalleinsätze Nachhaltigkeit beim Stahldrehen?

Jul 26, 2023

Gemäß den 17 globalen Zielen für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen (UN) wird von Herstellern erwartet, dass sie ihre Auswirkungen auf die Umwelt minimieren und dabei über die reine Optimierung des Energieverbrauchs hinausgehen. Obwohl CSR für Unternehmen wichtig ist, schätzt Sandvik Coromant, dass Hersteller bei ihren Bearbeitungsprozessen zwischen 10 und 30 % Material verschwenden, wobei die typische Bearbeitungseffizienz unter 50 % liegt, einschließlich der Entwurfs-, Planungs- und Schnittphasen.

Was können Hersteller also tun? Die UN-Ziele empfehlen zwei Hauptstrategien, die Faktoren wie eine wachsende Bevölkerung, endliche Ressourcen und die lineare Wirtschaft berücksichtigen. Die erste besteht darin, diese Herausforderungen mit Technologie zu bewältigen. Industrie 4.0-Konzepte wie Cyber-Physical Systems, Big Data oder das Internet der Dinge (IoT) werden häufig als zukunftsweisende Lösung für Hersteller genannt, die Abfall reduzieren wollen. Dies berücksichtigt jedoch nicht die Tatsache, dass die meisten Hersteller bei ihren Stahldrehvorgängen noch keine modernen Maschinen mit digitalen Funktionen einsetzen.

Die meisten Hersteller sind sich darüber im Klaren, wie wichtig die Wahl der Wendeschneidplattensorte ist, um das Drehen von Stahl effizienter und produktiver zu gestalten. und wie sich dies auf die Gesamtleistung und die Werkzeuglebensdauer auswirkt. Viele übersehen jedoch einen Trick, indem sie nicht das gesamte Werkzeugkonzept berücksichtigen. alles von fortschrittlichen Wendeschneidplatten über Werkzeughalter bis hin zu einfach zu implementierenden digitalen Lösungen. Jeder dieser Faktoren kann dazu beitragen, die Stahlbearbeitung nachhaltiger zu gestalten, indem er den Energieverbrauch senkt und den Abfall minimiert.

Hersteller stehen bei der Stahldrehbearbeitung vor einer Reihe von Herausforderungen. Dazu gehört, aus einer einzigen Einlage mehr Teile pro Kante zu erhalten; Erhöhung der Metallentfernungsraten; Reduzierung der Zykluszeiten; Optimierung der Lagerbestände; und natürlich die Minimierung der Materialverschwendung. Aber was wäre, wenn es einen Weg gäbe, all diese Herausforderungen zu meistern, der aber insgesamt auf mehr Nachhaltigkeit ausgerichtet wäre? Eine Möglichkeit, den Energieverbrauch zu senken, besteht darin, die Schnittgeschwindigkeit zu reduzieren. Hersteller können ihre Produktivität aufrechterhalten, indem sie die Vorschubgeschwindigkeit und die Schnitttiefe proportional erhöhen. Dies führt neben der Energieeinsparung auch zu einer längeren Werkzeugstandzeit. Bei Stahldrehprozessen hat Sandvik Coromant herausgefunden, dass eine durchschnittliche Erhöhung der Werkzeugstandzeit um 25 % in Kombination mit zuverlässiger und vorhersehbarer Leistung den Materialabfall sowohl beim Werkstück als auch bei der Wendeschneidplatte minimieren kann.

Die richtige Wahl der Wendeschneidplattensorte trägt dazu bei, dieses Ziel zu erreichen. Aus diesem Grund erweitert Sandvik Coromant sein Sortiment um zwei neue P-Dreh-Hartmetallsorten mit der Bezeichnung GC4415 und GC4425. GC4425 bietet eine verbesserte Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit und Zähigkeit, während die Sorte GC4415 als Ergänzung zu GC4425 konzipiert ist, wenn verbesserte Leistung und mehr Hitzebeständigkeit erforderlich sind. Wichtig ist, dass beide Sorten mit zähen Materialien wie Inconel und unlegierten Edelstahl-ISO-P-Sorten verwendet werden können, die besonders komplex und robust für die Maschine sind. Die richtige Sorte kann dazu beitragen, eine größere Anzahl von Teilen in Massen- und/oder Serienproduktionsprozessen zu bearbeiten.

Die Sorte GC4425 bietet eine extrem hohe Prozesssicherheit durch die Fähigkeit, eine intakte Kantenlinie beizubehalten. Da die Wendeschneidplatte mehr Teile pro Schneide liefern kann, wird weniger Hartmetall verbraucht, um die gleiche Anzahl an Bauteilen zu bearbeiten. Darüber hinaus vermeiden Wendeschneidplatten mit konstanter und vorhersehbarer Leistung Werkstückschäden, wodurch die Verschwendung von Werkstückmaterial minimiert wird. Beide Vorteile reduzieren die Ausschussmenge.

Darüber hinaus wurden sowohl bei GC4425 als auch bei GC4415 das Substrat und die Beschichtung des Einsatzes so entwickelt, dass sie hohen Temperaturen besser standhalten. Dadurch wird der Effekt reduziert, der zu übermäßigem Verschleiß führt, und das Material ist daher sehr gut in der Lage, die Schneidkantenlinie bei höheren Temperaturen aufrechtzuerhalten.

Allerdings sollten Hersteller auch die Verwendung von Kühlmittel mit dem Einsatz in Betracht ziehen. Wenn Sie ein Werkzeug mit Über- und Unterkühlung verwenden, kann es bei bestimmten Vorgängen von Vorteil sein, die Überkühlung abzuschalten. Die Hauptfunktionen der Schneidflüssigkeit sind Spanabfuhr, Kühlung und Schmierung zwischen Werkzeug und Werkstückmaterial. Bei richtiger Anwendung maximiert es den Output, erhöht die Prozesssicherheit und verbessert die Werkzeugleistung und Bauteilqualität. Die Verwendung von Werkzeughaltern mit innerer Kühlmittelzufuhr kann auch die Standzeit des Einsatzwerkzeugs verbessern.

GC4425 und GC4415 enthalten jeweils die Inveio®-Schicht der zweiten Generation, eine strukturierte CVD-Aluminiumoxidbeschichtung (Al2O3), die für die Bearbeitung entwickelt wurde. Die Untersuchung von Inveio auf mikroskopischer Ebene zeigt, dass die Oberfläche des Materials durch eine unidirektionale Kristallorientierung gekennzeichnet ist. Darüber hinaus wurde die Kristallorientierung innerhalb der Inveio-Beschichtung der zweiten Generation deutlich verbessert. Noch stärker als zuvor ist jeder Kristall in der Aluminiumoxidbeschichtung in die gleiche Richtung ausgerichtet, was eine starke Barriere gegenüber der Schneidzone schafft.

Inveio verleiht der Wendeschneidplatte eine hohe Verschleißfestigkeit und eine längere Standzeit. Länger haltbare Werkzeuge sind natürlich günstig für die Reduzierung der Stückkosten. Darüber hinaus enthält das Hartmetallsubstrat des Materials einen hohen Anteil an recyceltem Hartmetallmaterial, was es zu einer der umweltfreundlichsten Sorten macht. Um diese Behauptungen auf die Probe zu stellen, wurde die Sorte GC4425 von Kunden von Sandvik Coromant vor der Markteinführung Tests unterzogen. Darunter befand sich auch ein allgemeines Maschinenbauunternehmen, das bei der Herstellung von Andruckrollen sowohl die Wendeschneidplatte eines Wettbewerbers als auch die Wendeschneidplatte GC4425 einsetzte. Eine ISO-P-Sorte wurde einer kontinuierlichen externen axialen Bearbeitung und Vorschlichtung bei einer Schnittgeschwindigkeit (vc) von 200 m/min, einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,4 mm/U (fn) und einer Tiefe (ap) von 4 mm unterzogen.

Hersteller messen die Werkzeugstandzeit normalerweise anhand der Anzahl der bearbeiteten Werkstücke (Stück). Während die Sorte des Mitbewerbers 12 Teile bearbeitete, bevor sie aufgrund plastischer Verformung verschleißte, produzierte die Wendeschneidplatte von Sandvik Coromant 18 Teile und arbeitete dadurch 50 Prozent länger bei stabilem und vorhersehbarem Verschleiß. Das Beispiel zeigt die Vorteile, die erzielt werden können, wenn die richtigen Bearbeitungselemente zusammengeführt werden, und wie Empfehlungen zu Werkzeugen erster Wahl und Schnittdaten von einem vertrauenswürdigen Partner wie Sandvik Coromant dazu beitragen können, Prozesssicherheit zu erreichen und auch die Zeitverschwendung bei der Suche zu reduzieren die richtigen Werkzeuge. Auch Online-Tools wie der CoroPlus® Tool Guide haben sich als beliebt erwiesen, um Herstellern dabei zu helfen, die besten Dreheinsätze und Sorten für ihre Anforderungen zu ermitteln.

Um die Prozessüberwachung selbst zu unterstützen, hat Sandvik Coromant außerdem die CoroPlus® Process Control-Software entwickelt, die die Bearbeitung in Echtzeit überwachen und gemäß programmierten Protokollen reagieren kann, wenn bestimmte Probleme auftreten – beispielsweise durch Stoppen der Maschine oder Austauschen eines verschlissenen Schneidwerkzeugs. Dies bringt uns zur zweiten UN-Empfehlung für nachhaltigere Werkzeuge: den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft, bei der Abfallprodukte als Rohstoff betrachtet und in einen ressourcenneutralen Kreislauf zurückgeführt werden. Es wird immer deutlicher, dass eine Kreislaufwirtschaft sowohl umweltfreundlich als auch profitabel für Hersteller sein kann.

Dazu gehört auch das Recycling von Vollhartmetallwerkzeugen – schließlich gehen wir alle als Gewinner hervor, wenn abgenutzte Werkzeuge von Mülldeponien und Schrottplätzen ferngehalten werden. GC4415 und GC4425 enthalten jeweils eine erhebliche Menge an recyceltem Karbid. Die Herstellung neuer Werkzeuge aus recyceltem Vollhartmetall erfordert 70 % weniger Energie als die Herstellung aus neuen Rohstoffen und bedeutet auch, dass 40 % weniger Kohlendioxid ausgestoßen wird. Dann gibt es noch das Hartmetall-Recyclingprogramm von Sandvik Coromant, das allen unseren Kunden weltweit zur Verfügung steht. Das Unternehmen kauft von seinen Kunden verschlissene Wendeschneidplatten und Rundwerkzeuge, unabhängig von der Herkunft, zurück. Das ist wirklich notwendig, wenn man bedenkt, wie knapp und endlich Rohstoffe auf lange Sicht sein werden. Die geschätzten Vorräte an Wolfram belaufen sich beispielsweise auf etwa 7 Millionen Tonnen, was uns einen Verbrauch von etwa 100 Jahren ermöglicht. Die Recycling-Initiative hat Sandvik Coromant durch das Hartmetall-Rückkaufprogramm zu einer Kreislaufwirtschaft von 80 % gebracht.

Trotz der aktuellen Marktunsicherheiten dürfen Hersteller ihre anderen Verpflichtungen, einschließlich CSR, nicht vergessen. Glücklicherweise können Hersteller mit einem neuen Werkzeugansatz und den richtigen Hartmetalleinsätzen ihre Nachhaltigkeit verbessern, ohne die Prozesssicherheit zu gefährden – und dies effektiver gegen die Herausforderungen angehen, die die Märkte durch COVID-19 mit sich bringen.

Rolf ist Produktmanager bei Sandvik Coromant. Er verfügt über Erfahrung in der Produktentwicklung und im Produktmanagement von Schneidwerkzeugmaterialien. Er leitete Projekte zur Entwicklung neuer Sorten für verschiedene Kundentypen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und allgemeinen Maschinenbau.

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