Im Bereich der Präzisionsfertigung stellen bestimmte Materialien für Ingenieure eine gewaltige Herausforderung dar. Wolframkarbid, auch bekannt als Hartmetall, sticht als eine solche "harte Nuss" hervor. Diese Legierung aus Wolfram und Karbiden ist aufgrund ihrer außergewöhnlichen Härte, Verschleißfestigkeit und thermischen Stabilität für Schneidwerkzeuge und verschleißfeste Komponenten unverzichtbar geworden. Doch genau diese Eigenschaften schaffen erhebliche Bearbeitungsschwierigkeiten, bei denen herkömmliche Methoden unzureichend sind, während spezielle Techniken mit Ineffizienz und schnellem Werkzeugverschleiß zu kämpfen haben.
Die außergewöhnlichen Eigenschaften von Wolframkarbid - 2-3 mal härter als Stahl mit einer Mohs-Härte von 8,5-9 - machen es den meisten metallischen Werkstoffen überlegen. Seine chemische Stabilität bleibt auch bei hohen Temperaturen und rauen Bedingungen unbeeinträchtigt, was es ideal für Schneidwerkzeuge und hochverschleißfeste Komponenten in der Metallbearbeitung, im Bergbau, in der Metallumformung und bei Sägeblattanwendungen macht.
Diese extreme Härte führt jedoch zu beispiellosen Bearbeitungsproblemen. Herkömmliche Dreh-, Fräs- und Bohrmethoden erweisen sich als ineffektiv. Während polykristalline Diamant- (PCD), kubische Bornitrid- (CBN) oder Keramikwerkzeuge eingesetzt werden können, erfahren sie einen beschleunigten Verschleiß und einen schnellen Verlust der Schärfe.
Die derzeitigen primären Bearbeitungsmethoden umfassen Diamantradschleifen oder Funkenerosion (EDM). Obwohl sie funktionsfähig sind, stellen diese Ansätze mehrere Schwierigkeiten bei der Erzielung qualitativ hochwertiger Ergebnisse dar.
Die Bearbeitungshindernisse manifestieren sich in drei kritischen Bereichen:
Jüngste Fortschritte in der Ultraschallbearbeitungstechnologie bieten vielversprechende Lösungen für diese anhaltenden Herausforderungen. Diese innovative Technik überlagert hochfrequente Vibrationen (über 20.000 Mikrovibrationen pro Sekunde) auf herkömmliche Bearbeitungsprozesse und erzeugt während der Rotation Längswerkzeugvibrationen.
Die Vorteile dieses Mikrovibrationsmechanismus umfassen:
Fall 1: Spiegelglanzschleifen
Ein Hersteller erreichte eine Oberflächenqualität in optischer Qualität (Ra < 0,002 µm) auf einem 20x20 mm großen Wolframkarbid-Werkstück unter Verwendung eines Ultraschall-HSKE40-Werkzeughalters mit integrierter CTS-, ATC- und CNC-Automatisierung. Der Ein-Werkzeug-Prozess erledigte alles vom Schruppen bis zur endgültigen Spiegelbearbeitung und erwies sich als besonders wertvoll für Präzisionsformen, Stanzwerkzeuge und Hochdruckventilkomponenten.
Fall 2: Gewindebearbeitung
Ein weiterer Vorgang bearbeitete M10x1,5P-Gewinde und führte H-Form-Schleifen an einem 50x70x10 mm großen Werkstück mit einem HSKA63-Ultraschallhalter durch. Die 5-stündige Fertigstellungszeit stellte eine Reduzierung von 60 % im Vergleich zu herkömmlichen EDM-Methoden dar, während eine überlegene Oberflächengüte (Ra 0,8 µm) erzielt wurde.
Werkzeugkompatibilität: Ultraschallsysteme scannen Werkzeuge automatisch nach Resonanzfrequenzen (typischerweise 20-32 kHz) und können sich an spezifische Werkzeuganforderungen anpassen, wobei sich die meisten Standardwerkzeuge nach umfangreicher Validierung als kompatibel erweisen.
Parameteroptimierung: Die Technologie beinhaltet umfassende Unterstützung bei der Bestimmung optimaler Vorschubgeschwindigkeiten und Amplituden, um sicherzustellen, dass Benutzer den maximalen Nutzen aus dem System ziehen.
Für Hersteller, die mit Herausforderungen bei der Wolframkarbidbearbeitung konfrontiert sind, stellt die Ultraschalltechnologie einen bedeutenden Fortschritt dar, der im Vergleich zu herkömmlichen Methoden eine verbesserte Effizienz, Qualität und Werkzeuglebensdauer bietet.
