Oberflächenveredelung von Extrusions- und Spritzgusswerkzeugen

Bedingt durch eine dynamische Marktentwicklung in der Kunststoffindustrie werden in jüngster Zeit immer höhere Anforderungen an die Qualität von Extrusions- und Spritzgusswerkzeuge gestellt. Vor allem handelt es sich dabei um die Qualität und die mechanischen Eigenschaften der Funk-tionsflächen. Einerseits bestimmen sie entscheidend das Leistungspotential des Werkzeuges bzw. dessen Standzeit. Andererseits wird durch diese auch wesentlich die Qualität der zu erzeugenden Kunststoffteile beeinflusst. Aus diesem Grunde gewinnt die fachgerechte Ober-flächenbehandlung von Extrusions- und Spritzgusswerkzeugen immer mehr an Bedeutung.

Zum einen müssen die Werkzeugoberflächen vor abrasiven Verschleiß geschützt werden, der durch Glasfasern oder sehr harte Füllstoffe (anorganische Farbpigmente, Mineralstoffe, Oxide) verursacht wird. Das andere Problem ist die Bildung der Formbeläge, die infolge der Anhaftung der Formmasse an der Werkzeugoberfläche entstehen. Darüber hinaus wird die Werkzeugoberfläche einem negativen Einfluss von korrosiv wirkenden Zusatzstoffen unterworfen. Deshalb muss diese auch eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen.

Einen hervorragenden Schutz vor den beschriebenen Verschleißerscheinungen bieten die von ZOM entwickelten Hartstoffbeschichtungen, die mit modernster PVD-Beschichtungstechnik hergestellt werden. In der industriellen Praxis haben sich in erster Linie Nitride und Oxide auf Chrom- und Titanbasis durchgesetzt, wie TiN, CrN, CroMult, CromOx u.a. Diese Hartstoffschicht-systeme werden von uns auf den jeweiligen Anwendungsfall optimiert und zugeschnitten. Neben Korrosionsschutz und Verschleißverringerung können durch die Hartstoffbeschichtung das Fließverhalten der Formmasse und das Formtrennverhalten wesentlich verbessert und die Neigung zur Formbelagsbildung deutlich reduziert werden.

Eine höhere Beständigkeit gegen abrasiven Verschleiß kann durch eine kombinierte Oberflächen-behandlung erzielt werden, die das Plasmanitrieren mit nachfolgender PVD-Beschichtung umfasst. Durch die Einbringung von Stickstoff in das Werkzeugmaterial wird eine wesentlich höhere Härte der Oberflächenrandzone der Werkzeuge erreicht. Die durch das Plasmanitrieren gehärteten Werkzeugoberflächen bieten eine gute Stützgrundlage für die nachfolgende Beschich-tung (Abb.1).

Eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der Gleiteigenschaften der Funktionsflächen von Extrusions- und Spritzgusswerkzeugen stellt die Erzeugung von Hochglanzpolituren dar. Allerdings wird hier ein fachgerechtes Vorgehen vorausgesetzt, weil auch gut polierte und hochglänzende Oberflächen unerwünschte Fehler aufweisen können. Diese Fehler können sowohl durch den zu polierenden Werkstoff verursacht werden, z.B. durch Inhomogenitäten oder Gefüge-fehler, als auch durch falsche Prozessführung bzw. Bearbeitungsstrategie. Beim Einsatz von falschen Poliermitteln oder durch zu hohen Druck kann nicht nur die Oberflächenqualität des polierten Teils negativ beeinflusst werden, sondern auch die Qualität der nachfolgenden Beschichtung, besonders die Haftfestigkeit, kann sich deutlich verschlechtern.

Vor zwei Jahren haben wir unser Leistungsangebot erweitert und in die Produktion den Bereich Polieren integriert. Neben Schleifen, Nachschleifen und Beschichten von Zerspanungswerkzeugen werden das Hochglanzpolieren und Beschichten von Formwerkzeugen für die Umformtechnik und die Kunststoffindustrie angeboten. Zur Durchführung der Polierarbeiten werden bei uns qualifizierte und speziell ausgebildete Fachkräfte eingesetzt.

Nachschleifen und Beschichten von Verzahnungs- und Räumwerkzeugen

Räumnadeln und Abwälzfräsern zählen zu den teuersten Werkzeugen die gegenwärtig in der spanenden Bearbeitung eingesetzt werden. Aus diesem Grund sind die Anforderungen auf die Werkzeugqualität (Profilgenauigkeit, Schneidenqualität, Leistungsfähigkeit) und die Prozess-sicherheit beim Räumen und Verzahnen immer höher, als bei den anderen Zerspanungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide.

Das Nachschleifen und Nachbeschichten von Verzahnungs- und Räumwerkzeugen steht seit Jahren im Mittelpunkt unseres Leistungsangebots. Durch den Einsatz modernster Schleif- und Beschichtungstechnik, wie z.B. die CNC-Räumnadel- und Abwälzfräser-Schleifmaschine CORVUS BBA der Fa. J. Schneeberger Maschinen AG und die METAPLAS-DOMINO Beschich-tungsanlage, sind wir in der Lage, den Automobil- und Getriebeherstellern einen Qualitätsservice für den fachgerechten Nachschliff und die Wiederbeschichtung von Verzahnungs- und Räum-werkzeugen anzubieten, wodurch eine effektive Werkzeugkosteneinsparung ermöglicht wird und was ebenfalls zur Schonung der Materialressourcen beiträgt.

Was die Verzahnungswerkzeuge betrifft, so lassen sich bei uns neben den Scheiben-, Glocken- und Schaftschneidrädern auch Abwälzfräser im Modulbereich von 1 bis 35 mm und mit Durchmesser von bis zu 390 mm aufbereiten. Bei der Wiederaufbereitung von Abwälzfräsern wird bei uns stets ein systematisches Vorgehen angewendet.

Der Einsatz von solchen Prozessschritten wie Entschichten, Schleifen, Kantenpräparieren, Beschichten und Nachbehandeln ermöglicht es, die Werkzeuge mit höchster Genauigkeit (Qualitäten bis AAA) und Werkzeugoberflächengüte (Rz unter 2 µm) auf dem Niveau der Neuwerk-zeuge aufzubereiten. Mit dem Einsatz der 6-achsigen CNC-Räumnadel- Abwälzfräser-Schleif-maschine sind wir auch in der Lage runde, flache oder spiralige Räumwerkzeuge mit einer Länge von bis zu 1700 mm nachzuschleifen. Einen wesentlichen Einfluss auf die Werkzeugstandzeit haben die Art und Eigenschaften der auf die Werkzeugoberfläche aufgebrachten Hartstoffschicht.

Bei der Zerspanung im unterbrochenen Schnitt und mit hohen Schnittgeschwindigkeiten sind solche Schichteigenschaften wie hohe Härte mit ausreichend hoher Zähigkeit und hoher Wider-stand gegen Rissbildung von entscheidender Bedeutung. Neben gängigen Beschichtungen wie TiN, TiCN, TiAlN, die sich bei den Verzahnungs- und Räumwerkzeugen etabliert haben, bieten wir unseren Kunden innovative Schichtarten auf Ti-, Al-, Cr-, Si- Basis, die von uns auf die jeweilige Anwendung angepasst und zugeschnitten werden.

Eine wesentliche Leistungssteigerung von Wälzfräsern ermöglichen die neuartigen Hochleistungs-schichten wie Mtec (Nanokristallin-Struktur) und Mpower (Nanokomposit-Struktur), deren Leistungs-potenzial sich im Praxiseinsatz bei vielen unseren Kunden bereits vielfach bewährt hat. Unter anderem stellen diese Schichten eine ideale Lösung für die Hochgeschwindigkeitszerspanung und für die Trockenbearbeitung dar.