Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 04/2017, 21.04.2017

Laser formt schärfere Kanten

Mit der Weiterentwicklung von Schneidstoffen und den damit verbundenen Herausforderungen bei der Bearbeitung musste der Schneidwerkzeughersteller Shape-Master Tool Company seine Schleifkompetenz über die Möglichkeiten seiner konventionellen Maschinen hinaus erweitern. Die Lösung: zwei Maschinen vom Typ Ewag «Laser Line Ultra».

(msc) Als das Unternehmen Shapr-Master Tool vor 40 Jahren in Kirkland im US-Bundesstaat Illinois mit dem Schleifen von Schneidwerkzeugen begann, arbeitete es hauptsächlich an natürlichen Diamantmaterialien. Moderne Schneidstoffe hingegen umfassen Hartmetall, künstlichen monokristallinen Diamant (MKD), polykristallinen Diamant (PKD), chemischen Dampfphasenabscheidungsdiamant (CVD), kubisches Bornitrid (CBN) und Keramik. Entsprechend hat sich das Sortiment an Werkzeugtypen von Shape-Master erweitert: Von steckbaren PKD- und PCBN-Werkzeugen bis zu allen Arten von Form- und Rotationswerkzeugen.

Um die Herausforderungen zu meistern, die moderne Schneidstoffe bieten, erwarb Shape-Master Tool zwei «Laser Line Ultra»-Werkzeugbearbeitungsmaschinen von Ewag. Die Laser-Technologie erweitert einerseits die Schneidwerkzeugfertigung des Unternehmens, trägt aber auch massgeblich dazu bei, dass es im Wettbewerb mit grösseren Spezialwerkzeuglieferanten bestehen kann. Mit der durch die Lasertechnik ermöglichten Fertigungsflexibilität führt Shape-Master heute kostengünstig Aufträge mit Losgrössen aus, die von 50 Stück bis zu Tausender­serien in einem jährlich wiederkehrenden Turnus reichen.

Nach wenigen Monaten Schulung begann man die Lasermaschinen für die Erweiterung der Produktpalette zu nutzen und neue Aufträge für rotierende Werkzeuge anzunehmen. Aktuell ist geplant, das Produktangebot darüber hinaus zu erweitern. Besonders wichtig ist, dass Shape-Master Tool heute gewisse Teile wieder selbst herstellen kann, die es zuvor ausser Haus geben musste.

Die Maschinen von Ewag verwenden modernste Ultrakurzpulslaser zur Herstellung von Schneidwerkzeugen mit komplexen Geometrien in einer Aufspannung. Mit dem patentierten Bearbeitungsprozess «Laser Touch Machining» des Maschinenherstellers werden alle eingangs erwähnten Schneidstoffe bearbeitet. Die daraus resultierenden Werkzeuge weisen eine aussergewöhnlich hohe Oberflächengüte auf und halten länger.

Im Laser Touch Machining erzeugt ein tangentialer Laserstrahl in ultrakurzen 10-Pikosekunden-Impulsen Werkzeugschneiden und -Geometrien. Diese ultrakurzen Laserimpulse verdampfen das Material direkt ohne Wärmeentwicklung. Die Werkzeuggeometrien werden mit einem sich wiederholenden Schraffur-Muster der Laser-Abtasteinheit in Verbindung mit der gleichzeitigen Bewegung der acht CNC-Achsen der Maschine erzeugt.

Beide Maschinen sind automatisiert. Bei der einen ermöglicht die Integration eines 6-Achs-Roboters von Fanuc, eines Zwei-in-Eins-HSK-63-Werkzeuggestells und von Paletten die vollautomatische mannlose Herstellung einer Vielzahl von rotierenden Werkzeugen. Die andere Laser Line Ultra verfügt über eine Stapler-Einheit, die ihre Kapazität je nach der Höhe der Paletten verdoppelt. Bei der Bearbeitung von kurzen Werkzeugen mit niedrigerem Profil passen mindestens acht Paletten mit bis zu 300 Werkzeugen in den Stapler. Die flexible Automatisierung war für Shape-Master Tool ein wichtiger Grund, sich für die Laser Line Ultra zu entscheiden.

Laut Dan Chambers, Anwendungsmanager bei Shape-Master Tool, lassen sich die Maschinen mit der Software von Ewag einfach programmieren. Diese Software basiert auf dem CNC-Schleifpaket des Maschinenbauers.

Bei dem US-Unternehmen verfahren die Laser-Abtastköpfe der Maschinen in der Regel mit Vorschubgeschwindigkeiten von mehreren Tausend mm/min und in Schrittweiten bis hinab zu 0,2 µm über ein Werkzeug hinweg. Die Laser-Bearbeitungszeiten reichen von etwa einer Minute bis zu einer Stunde, je nach geometrischer Komplexität und Werkzeuggrösse. Die meiste Zeit wird dabei direkt oder sehr nahe an den Schnittkanten verbracht.

«Der Laser erzeugt Geometrien, Oberflächen und Kantenpräparationen, die nur sehr schwierig oder sogar unmöglich durch CNC-Schleifen herzustellen wären», erklärt Chambers. «Durch herkömmliches Schleifen können wir scharfe Kanten im Bereich von 5 bis 10 µm erreichen. Durch Laserbearbeitung dagegen lassen sich Kanten im Bereich von 1,5 bis 5 µm herstellen. Deren deutlich höhere Schärfe ist ein wesentlicher Vorteil für uns.»

Umgekehrt kann der Laserstrahl eine Kante in einem Arbeitsgang abrunden, um zusätzliche Festigkeit zu erzielen – bei herkömmlichem CNC-Schleifen wäre dazu ein sekundärer Honvorgang erforderlich. Auch andere 3D-Kantengeometrien und Fasen lassen sich erzeugen.


Ewag AG
4554 Etziken, Tel. 032 613 31 31
info@ewag.com

Nur ein Teil der breiten Produkte­palette, die Shape-Master Tool mit den Maschinen von Ewag herstellt.


Mittels Messtaster wird die Schnittkantenkontur verifiziert.


Die eine der zwei Ewag «Laser Line Ultra» im Einsatz bei der Shape-Master Tool Company. (Bilder: Shape-Master Tool Company)