CVD Spiralverzahnt: Wenn Standzeit in der Serienfertigung kalkulierbar sein muss

Kohlefasern und Glasfasern sind abrasiv. An einer unbeschichteten VHM-Vollhartmetall-Schneide schleifen sie die Schneidkante ab, schneller als jedes andere gängige Bearbeitungsmaterial. VHM widersteht dem Angriff deutlich länger als HSS, aber auch VHM hat eine Grenze: Nach 30 bis 60 Laufmetern in CFK oder GFK ist der Unterschied sichtbar. Rauere Kanten, zunehmende Maßabweichungen, steigende Ausschussquote. In der Einzelteil- und Prototypenfertigung ist das tolerierbar. In der Serienfertigung ist es ein Kostenproblem.

CVD Beschichtung und Spiralverzahnung: Zwei unabhängige Mechanismen, ein Werkzeug

Die HF-CVD Diamantbeschichtung lagert eine kristalline Schicht mit über 8.000 HV Härte auf den VHM-Grundkörper auf. Carbonfasern und Glasfasern schleifen diese Schicht ab, nicht die VHM-Schneide darunter. Das verschiebt den Verschleißpunkt auf 200 bis 400 Laufmeter, je nach Zustellung und Material.

Die Spiralverzahnung löst ein zweites Problem: In tiefen Nuten sammelt sich Frässtaub im Nutgrund und erzeugt Wärmestau. Die versetzten Schneidzähne zerteilen den entstehenden Faserspan bevor er die Nut blockiert. Die Upcut-Drallrichtung befördert die Bruchstücke aktiv nach oben aus der Schneidzone. Die Werkzeugtemperatur bleibt niedrig, auch ohne Druckluft.

Einsatzbereiche:

• CFK (Carbon) Serienfertigung: Carbonfasern haben den höchsten Abrasionsgrad unter den Verbundwerkstoffen. Die CVD-Beschichtung ist die einzige Schicht die dem Angriff über mehrere hundert Laufmeter standhält. VHM ohne Beschichtung verschleißt in CFK-Serien mit jeder Charge erkennbar schneller.
• GFK Strukturbauteile und Bootsbau: Glasfasern erzeugen weniger Abrasion als Kohlefasern, aber mehr Reibungswärme. Die CVD-Beschichtung reduziert den Reibungskoeffizienten der Schneidkante. Harzreste setzen sich seltener fest.
• FR4 und FR5 Leiterplatten: In der Leiterplatten-Serienfertigung zählt die Stückzahl pro Werkzeug direkt in den Werkzeugkostensatz. Die 6- bis 12-fache Standzeit gegenüber unbeschichtetem VHM reduziert den Kostensatz messbar.
• Graphit und abrasive Keramik-Grünlinge: Graphit verschleißt unbeschichtete VHM-Werkzeuge ähnlich schnell wie CFK. Die CVD-Beschichtung ist die Standardlösung für Graphit-Elektroden in der Funkenerosion.
• Aramid und Kevlar: Aramidfasern sind zäh und legen sich um scharfe Schneidkanten. Die CVD-Oberfläche reduziert die Auflagefläche. Die Spiralverzahnung trennt die Fasern statt sie zu verdrängen.
  

In der Serienbearbeitung von CFK oder GFK liegt der Break-even zwischen unbeschichtetem VHM und CVD-beschichtetem Werkzeug erfahrungsgemäß bei 50 bis 80 Laufmetern pro Woche. Darunter ist die kürzere Standzeit des unbeschichteten VHM Spiralverzahnt Fräsers wirtschaftlich vertretbar. Darüber amortisiert die CVD-Beschichtung den Aufpreis über die eingesparten Werkzeugwechsel.