Blog

Jul 09, 2023

Den Überblick über Kleinstteile behalten

Die Rückverfolgbarkeit vom Anfang bis zum Ende ist für geschäftskritische Komponenten, beispielsweise solche, die für medizinische und Luft- und Raumfahrtanwendungen bearbeitet werden, von entscheidender Bedeutung. Und wenn es sich um kleine Teile handelt, kommen Mikrogravurwerkzeuge häufig zum Einsatz

Die Rückverfolgbarkeit vom Anfang bis zum Ende ist für geschäftskritische Komponenten, beispielsweise solche, die für medizinische und Luft- und Raumfahrtanwendungen bearbeitet werden, von entscheidender Bedeutung. Und wenn es sich um kleine Teile handelt, werden häufig Mikrogravurwerkzeuge benötigt, um Seriennummern und Buchstaben dauerhaft zu erstellen.

„Alles, was Rückverfolgbarkeit erfordert, wird mit einer Gravur versehen“, sagte Solution Sales Manager Kevin Jackson von Kyocera Precision Tools Inc. in Hendersonville, North Carolina. „Fast jeder, den ich kenne, verwendet die Gravur für Seriennummern.“

Für die Mikrobearbeitung bietet der Werkzeugbauer drei Serien von Gravierwerkzeugen aus Vollhartmetall an: EGR, HR (halbrund) und SPD bzw. Spaten. Obwohl sich die Spatenwerkzeuge zum Gravieren eignen, insbesondere die Version mit einem eingeschlossenen Winkel von 30°, seien sie in erster Linie zum Anbohren und Anfasen konzipiert, erklärte er und fügte hinzu, dass sie nur begrenzt einsetzbar seien.

Kyocera Precision Tools bietet Spaten-, Halbrund- und Zweischneide-Gravierwerkzeuge aus Vollhartmetall an. Bild mit freundlicher Genehmigung von Kyocera Precision Tools

Bei den anderen beiden Serien sei das jedoch nicht der Fall, sagte Jackson. Die zweischneidigen AGR-Gravierfräser haben einen Durchmesser von 1,27 mm (0,05"), einen V-förmigen Boden und sind mit einem eingeschlossenen Winkel von 30°, 60° oder 90° erhältlich, während die einschneidigen HR-Werkzeuge am Ende eine Abflachung haben So klein wie 0,127 mm (0,005"), um eine Buchstabenhöhe von bis zu 1,59 mm (0,0625") zu erzeugen.

Bei der Mikrogravur ist ein zweischneidiges Werkzeug häufig eine attraktive Option, insbesondere wenn die Maschine auf einer Werkzeugmaschine mit begrenzter Drehzahl betrieben wird.

„Die AGR ist einer unserer Verkaufsschlager, weil sie zweiflutig ist“, sagte Jackson. „Wenn Sie mit einer V-förmigen Unterseite Ihrer Beschriftung oder Gravur einverstanden sind, können Sie sie doppelt so schnell vorführen.“

Auf der anderen Seite sagte er, dass die Abflachung an der Unterseite eines halbrunden Werkzeugs eine ausgeprägtere, ästhetisch ansprechendere Gravur erzeugt als ein Werkzeug mit einer scharfen Spitze.

„Früher habe ich in einer Maschinenwerkstatt gearbeitet“, sagte Jackson, „und die meiste Zeit haben wir die Halbrunde mit der Fläche verwendet, weil sie lackierter besser aussieht.“

Geister des alten Ägypten

BIG KAISER Precision Tooling Inc. ist ein weiterer Hersteller von Mikrogravurwerkzeugen. Das in Hoffman Estates, Illinois, ansässige Unternehmen bietet einschneidige Sphinx-Gravierfräser mit flacher oder abgerundeter Spitze an. Die Werkzeuge mit flacher Spitze haben einen Durchmesserbereich von 0,02 mm bis 0,15 mm (0,0008" bis 0,0059") und sind mit einem Spitzenwinkel von 30°, 40°, 50°, 60° oder 90° erhältlich. Die andere Ausführung ist mit einem Radiusbereich von 0,04 mm bis 0,1 mm (0,0016" bis 0,0039") und der gleichen Auswahl an Spitzenwinkeln erhältlich.

„Die Werkzeuge sind auf Bearbeitungsumgebungen ausgerichtet, die ein hohes Maß an Präzision erfordern“, sagte Sphinx-Produktmanager Cory Cetkovic.

„Beim Gravieren ist es wichtig, ein Präzisionswerkzeug zu verwenden, da diese in Produktions- und Prototypenanwendungen zum Erstellen von Logos oder informativen Markierungen auf einem Werkstück verwendet werden und diese zur visuellen Erkennung dienen“, sagte er. „Deshalb ist es wichtig, ein hohes Maß an Konsistenz aufrechtzuerhalten und Abweichungen von Teil zu Teil zu minimieren.“

Endanwender gravieren häufig mit einem Kugelkopffräser oder einem anderen Schaftfräsertyp, aber selbst kleine Fräser erzielen nicht unbedingt das gewünschte Ergebnis, wenn die Gravur mit bloßem Auge nur schwer oder gar nicht klar zu erkennen ist.

Dieses Gravierwerkzeug der EGR-Serie (unten) und das Split-Point-Gravierwerkzeug (oben) stammen von Kyocera Precision Tools. Bild mit freundlicher Genehmigung von Kyocera Precision Tools

„Die Herausforderung bei einem Präzisionswerkzeug wie diesem besteht darin, Anwendungen zu finden, bei denen jemand mit einem herkömmlichen Werkzeug einfach nicht arbeiten kann“, sagte Cetkovic. „Wenn Sie ein Werkstück herstellen, das im menschlichen Körper landet, und es mit dem Namen Ihres Unternehmens oder einer Seriennummer gravieren müssen, ist ein Werkzeug wie dieses von entscheidender Bedeutung, da Sie damit ein sehr konsistentes, aber sehr kleines Merkmal erstellen können.“ das Werkstück.“

Der nationale Vertriebsleiter Todd White von Scientific Cutting Tools Inc. stimmte zu. Er sagte, ein Mikrogravierer mit einer Abflachung an der Unterseite biete beispielsweise eine bessere Gravurdefinition als ein Kugelfräser, der eine Radiusform im Werkstück erzeugt.

„Vielleicht fällt es auch nicht so gut auf“, sagte er über eine Gravur, die mit einem Schaftfräser erstellt wurde.

Der Werkzeughersteller aus Simi Valley, Kalifornien, bietet einschneidige Gravierwerkzeuge mit Spitzendurchmessern von 0,127 mm bis 0,381 mm (0,015 Zoll) und eingeschlossenen Winkeln von 30°, 40°, 60°, 90° und 120° an.

Glatt und scharf

Um die Menge des an einem Werkzeug haftenden Werkstückmaterials zu minimieren, weist White darauf hin, dass SCT eine polierte Oberfläche auf der Oberfläche seiner Graviermaschinen bietet.

Darüber hinaus müssen die Schnittkanten scharf sein, um eine deutlich sichtbare, gleichmäßige Gravur zu erzeugen. Bei unbeschichteten Gravierwerkzeugen stellt dies im Allgemeinen kein Problem dar, bei beschichteten Werkzeugen kann dies jedoch der Fall sein, wenn nicht die entsprechende Beschichtungstechnologie eingesetzt wird.

„Früher waren die Beschichtungen ziemlich dick, weil es sich um CVD-Beschichtungen handelte“, sagte White. „Heute ist die moderne PVD-Beschichtung dünn: 1 bis 2 μm (0,00004 bis 0,00008 Zoll). Man kann es auf ein wirklich scharfes Werkzeug aufsetzen und behält trotzdem eine scharfe Schnittkante.“

Gezeigt werden Gravierwerkzeuge und gravierte Werkstücke. Bild mit freundlicher Genehmigung von Kyocera Precision Tools

Er sagte, der Werkzeughersteller verwende Platit-Beschichtungsanlagen, um die AlTiN+- oder AlTiSiN-Beschichtung von SCT aufzutragen, die neben den typischen Rezeptbestandteilen Aluminium, Titan und Nitrid auch Silizium enthält. Beschichtete Werkzeuge werden hauptsächlich zum Gravieren von eisenhaltigen Materialien eingesetzt. Da aber die bei der Bearbeitung entstehende Hitze und Reibung die Schutzeigenschaften einer AlTiN-basierten Beschichtung durch Oxidation verstärken, eignen sich beschichtete Werkzeuge auch zum Gravieren von Nichteisenmaterialien wie Kunststoff und Aluminium. Dies ermöglicht es einem Endbenutzer, sowohl Aluminium- als auch Stahlwerkstücke mit demselben Werkzeug zu gravieren.

Da BIG KAISER Precision Tooling hingegen keine Werkzeuge mit einem Durchmesser von weniger als 0,2 mm (0,008 Zoll) beschichtet, sind laut Cetkovic alle Gravurwerkzeuge des Unternehmens unbeschichtet.

„Sie liegen weit unter dem Minimum für ein beschichtetes Werkzeug“, sagte er.

Ebenso sind alle Standard-Gravierwerkzeuge von Kyocera Precision Tools unbeschichtet, aber der Werkzeughersteller bietet auch beschichtete Gravierwerkzeuge, hauptsächlich AlTiN, als Sonderanfertigungen an, um die Schmierfähigkeit und die Werkzeuglebensdauer zu verbessern, sagte Jackson. Zusätzlich zu einer Vorlaufzeit von 10 bis 15 Tagen für beschichtete Werkzeuge sagte er jedoch, dass eine Beschichtung die Kosten eines relativ kostengünstigen Graveurs verdoppeln könnte.

„Der Benutzer müsste es sich ansehen und sich fragen: ‚Werde ich genug Standzeit daraus ziehen, um die Kosten für die Beschichtung zu rechtfertigen?‘“, sagte er. „Wenn Sie den ganzen Tag gravieren und es an mir liegt, bekommen Sie Ihr Geld zurück.“

Neben Metall, Kunststoff und sogar Holz gravieren viele Kunden laut Jackson auch Graphit zum Erodieren einer Stahlmatrize, die für den Formenbau verwendet wird.

„Wenn man dann in dieser Stahlform ein Formteil formt“, sagte er, „sind die Zahlen bereits in diesem Teil integriert.“

Rampe oder Sturz

Da es sich bei den Graveuren von SCT um kleine, relativ empfindliche Werkzeuge mit einer kleinen Abflachung handelt, empfiehlt White, in das Werkstückmaterial einzutauchen oder ihn bogenförmig zu bearbeiten, um ein Abbrechen oder Absplittern des Werkzeugs zu vermeiden.

„Es schont das Werkzeug“, sagte er.

Wenn sich ein Endanwender jedoch für das Tauchfräsen eines Teils entscheidet, empfiehlt SCT, die Spanlast um 50 % zu reduzieren.

Cetkovic stimmte zu, dass das Rampenverfahren die bevorzugte Methode ist, insbesondere wenn man bedenkt, dass ein Gravierwerkzeug einen DOC von weniger als 0,15 mm (0,0059 Zoll) benötigt.

Es werden einschneidige Gravierfräser von Sphinx ausgestellt. Bild mit freundlicher Genehmigung von BIG KAISER Precision Tooling

„Sie werden bei sehr geringen Schnitttiefen sehr schnell vorschieben“, sagte er, „wenn Sie also nach unten fahren, fahren Sie nicht in einem sehr hohen Winkel nach unten.“

Da die Mikrogravur jedoch nicht tief in ein Werkstück eindringt, sei das Eintauchen häufiger als das Rampenverfahren, sagte Jackson.

„Wenn sie hineinfahren, bedeutet das, dass sie darüber hinausgehen und wieder herausfahren müssen“, sagte er. „Wenn Sie eintauchen, bohren Sie technisch gesehen.“

Jackson stimmte zu, dass beim Eintauchen die Spanlast halb so hoch sein sollte wie beim Rampen.

„Ich ziehe es immer zurück, um sicherzustellen, dass die kleinen Spitzen keine Chance haben, abzusplittern oder zu brechen“, sagte er.

Der Einsatz oder das Fehlen von Kühlmittel ist ein weiterer Aspekt der Mikrogravur, der berücksichtigt werden muss. Jackson empfiehlt in erster Linie, die Späne mit einem Luftstrahl zu entfernen, aber das Fluten von Kühlmittel, das durch die Spannzange oder den Werkstückhalter auf die Schnittstelle zwischen Werkzeug und Werkstück geleitet wird, kann je nach Werkstückmaterial die Standzeit des Werkzeugs verlängern und die Schmierfähigkeit verbessern, um Aufbauschneiden zu reduzieren.

„Wenn Sie Aluminium, Messing, Kupfer oder alles, was klebrig ist, gravieren, ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass etwas am Werkzeug haften bleibt“, sagte er über das Überflutungskühlmittel. „Wenn es am Werkzeug klebt, fängt man an, die Gravur zu verschmieren.“

Das Flutkühlmittel führt außerdem effektiv Späne ab.

„Alles ist so klein, dass Sie jedes Mal, wenn sich in Ihrer Gravur Späne ansammeln, mit dem Doppelschneiden beginnen“, sagte Jackson und fügte hinzu, dass das Ergebnis eine Gravur von schlechter Qualität sein werde.

White sagte, obwohl viele Werkstätten Flutkühlmittel verwenden, seien einige der Meinung, dass ein Kühlmittelnebel oder eine Minimalmengenschmierung wirksam sei.

„Man sieht nicht mehr viel Trockenschnitt“, sagte er. „Es ist ein Trend, der nicht anhält.“

Cetkovic wies darauf hin, dass MMS je nach Werkstückmaterial oft ausreichend ist, aber die Verwendung von Luft zum Entfernen von Spänen erforderlich sein könnte, beispielsweise bei medizinischen Anwendungen, um eine Verunreinigung des Kühlmittels zu vermeiden.

Während die Mikrogravur in zahlreichen Branchen, darunter Medizin, Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung, weiterhin an Bedeutung gewinnt, bleibt sie ein relativer Nischenmarkt.

„Wir haben einige Kunden, die viele davon verwenden, aber sie sind nicht besonders verbreitet“, sagte Cetkovic. „Wir haben sehr erfolgreiche Produkte für die Kundentypen, die sie brauchen.“

Zahl, die sich aus der Nettozunahme der Eindringtiefe ergibt, wenn die Belastung des Eindringkörpers von einer festen geringen Belastung auf eine größere Belastung erhöht und dann wieder auf die geringere Belastung zurückgeführt wird. Die Rockwell-Härtezahl wird immer mit einem Skalensymbol angegeben, das den verwendeten Eindringkörper, die Belastung und die Skala darstellt. Rockwell A-Skala wird in Verbindung mit Hartmetall-Schneidwerkzeugen verwendet. Rockwell B- und C-Skalen werden im Zusammenhang mit Werkstückmaterialien verwendet.

1. Dauerhafte Schädigung eines Metalls durch Erhitzen, was entweder zum beginnenden Schmelzen oder zur interkristallinen Oxidation führt. 2. Beim Schleifen wird das Werkstück so heiß, dass es durch Anlassen oder Härten zu einer Verfärbung oder einer Veränderung der Mikrostruktur kommt.

Bearbeiten einer Fase an einem Werkstück oder Werkzeug; verbessert den Eintritt eines Werkzeugs in den Schnitt.

Hochtemperatur- (1.000 °C oder höher), atmosphärenkontrollierter Prozess, bei dem eine chemische Reaktion induziert wird, um eine 2 µm bis 12 µm dicke Beschichtung auf der Oberfläche eines Werkzeugs abzuscheiden. Siehe beschichtete Werkzeuge; PVD, physikalische Gasphasenabscheidung.

Werkzeuge aus Hartmetall und Schnellarbeitsstahl, beschichtet mit dünnen Schichten aus Aluminiumoxid, Titankarbid, Titannitrid, Hafniumnitrid oder anderen Verbindungen. Die Beschichtung verbessert die Verschleißfestigkeit eines Werkzeugs, ermöglicht höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten und sorgt für bessere Oberflächengüten. Siehe CVD, chemische Gasphasenabscheidung; PVD, physikalische Gasphasenabscheidung.

Vorrichtung mit flexiblen Seiten, die ein Werkzeug oder Werkstück sichert. Funktioniert ähnlich wie ein Spannfutter, kann jedoch nur einen engen Größenbereich abdecken. Bietet normalerweise eine größere Spannkraft und Präzision als ein Spannfutter. Siehe Chuck.

Flüssigkeit, die den Temperaturaufbau an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Werkstück während der Bearbeitung reduziert. Liegt normalerweise in Form einer Flüssigkeit vor, z. B. einer löslichen oder chemischen Mischung (halbsynthetisch, synthetisch), kann aber auch Druckluft oder ein anderes Gas sein. Aufgrund der Fähigkeit von Wasser, große Mengen an Wärme zu absorbieren, wird es häufig als Kühlmittel und Träger für verschiedene Schneidpasten verwendet, wobei das Wasser-zu-Massen-Verhältnis je nach Bearbeitungsaufgabe variiert. Siehe Schneidflüssigkeit; halbsynthetische Schneidflüssigkeit; Schneidflüssigkeit mit löslichem Öl; synthetische Schneidflüssigkeit.

Am Schaft gehaltener Fräser, der am Umfang und bei entsprechender Konfiguration auch am freien Ende schneidet. Erhältlich in verschiedenen Formen (Einzel- und Doppelend, Schrupp-, Kugelkopf- und Becherende) und Größen (Stummel, Mittel, Lang und Extralang). Auch mit unterschiedlicher Anzahl an Flöten erhältlich.

Geschwindigkeit der Positionsänderung des Werkzeugs als Ganzes relativ zum Werkstück während des Schneidens.

Flache Oberfläche, die in den Schaft eines Schneidwerkzeugs eingearbeitet ist, um den Halt des Werkzeugs zu verbessern.

Messung des Gesamtwinkels im Inneren eines Werkstücks oder des Winkels zwischen zwei sich schneidenden Linien oder Flächen.

Maß für die relative Effizienz, mit der eine Schneidflüssigkeit oder ein Schmiermittel die Reibung zwischen Oberflächen verringert.

Der Werkzeugbeschichtungsprozess wird im Vergleich zur chemischen Gasphasenabscheidung (1.000 °C) bei niedriger Temperatur (500 °C) durchgeführt. Verwendet ein elektrisches Feld, um die erforderliche Wärme zum Auftragen einer Beschichtung auf die Oberfläche eines Werkzeugs zu erzeugen. Siehe CVD, chemische Gasphasenabscheidung.

Eingeschlossener Winkel an der Spitze eines Spiralbohrers oder eines ähnlichen Werkzeugs; Bei Allzweckwerkzeugen beträgt der Spitzenwinkel typischerweise 118°.

Alan hat einen Bachelor-Abschluss in Journalismus von der Southern Illinois University Carbondale. Einschließlich seiner 20 Jahre bei CTE verfügt Alan über mehr als 30 Jahre Erfahrung im Fachjournalismus.

BIG KAISER Precision Tooling Inc.888-866-5776www.bigkaiser.com

Kyocera Precision Tools Inc.800-823-7284www.kyoceraprecisiontools.com

Wissenschaftliche Schneidwerkzeuge Inc.805-584-9495www.sct-usa.com