entschichtung gehört zum beschichten

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J. Prochacka, C. Bchel, T. Cselle, PLATIT AG, Selzach, Schweiz

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  • 1. EinleitungDas meiste Geld wird nicht mit neuen,

    sondern mit nachgeschliffenen und wie-derbeschichteten Zerspanwerkzeugenverdient. Ein nachgeschliffenes und wie-derbeschichtetes Werkzeug wird aufdem Markt zu 1/3 des Neuwerkzeug-preises verkauft. HM-Bohrer werden biszu 10 mal nachgeschliffen, womit einmehr als 3 mal hherer Umsatz mit demnachgeschliffenen Werkzeug erzieltwird, als mit dem Neuwerkzeug. Ab-wlzfrser werden sogar bis zu 15malnachgeschliffen.

    Wichtig bei nachgeschliffenen Werk-zeugen ist, dass Standzeiten wie beiNeuwerkzeugen erreicht werden kn-nen.

    2. Warum braucht man eineEntschichtung?

    Bei jeder Beschichtung muss ein guterUntergrund vorhanden sein, um einegute Haftung der Schicht und somit gute

    Die meisten Entschichtungsverfahrenberuhen auf Chemikalien, welche dieBeschichtungen auflsen, aber unterUmstnden auch das Grundmaterial an-greifen knnen, speziell bei Hartmetall(s. Abbildung 3).

    Diese Beschdigung kann zu einerschlechten Schichthaftung fhren undsomit zu kurzen Standzeiten. Daher istes uerst wichtig die einzelnen Schrittezur Aufbereitung von gebrauchtenWerkzeugen in der richtigen Reihen-folge durchzufhren.

    Beim Nachschleifen wird Grundma-terial freigelegt, welches die beste Vor-aussetzung fr eine gute Schichthaftunghat. Wird nachher entschichtet, kanndieser gute Haftgrund beschdigt wer-den und die Schichthaftung abnehmen.Bei einer Kantenprparation mittelsSandstrahlen oder Brsten, kann dieeventuelle Beschdigung verringert wer-den, aber je nach Beschdigungstiefe ei-nen ungengenden Haftuntergrund bie-ten (s. Abbildung 3).

    Aus diesem Grunde muss zuerst ent-schichtet und erst dann nachgeschliffenwerden, (s. Abbildung 4). Damit dieKantenprparation also ihre volle Wir-kung entfalten kann, sollte zuerst entschichtet und erst dann nachge-schliffen werden, wie dies bei einemInhouse-Beschichtungszentrum mglichist (s. Abbildung 5).

    Entschichtung gehrt zum Beschichten

    BESCHICHTEN

    1 Werkzeug Technik 111 14 Dezember 2009

    J. Prochacka, C. Bchel, T. Cselle, PLATIT AG, Selzach, Schweiz

    Ach das Wort, worauf am Ende / Er das wird, was er gewesen.(J.W. Goethe: Zauberlehrling)

    Abbildung 1: Standzeit eines nichtbeschichteten, erstmals beschichteten,

    nachgeschliffenen undnachgeschliffenen+wiederbeschichteten

    Werkzeugs (v.l.n.r.) [1]

    Abbildung 2: Eine Schneidkante vor dem Nachschleifen, nach dem Nachschleifen, nachder Kantenverrundung, und nach berbeschichtung (v.l.n.r.)

    Standzeiten (wie bei Neuwerkzeugen)zu erreichen. Die Haftung einer ber-beschichtung auf alter Schicht sinkt mitder Dicke der letzten Schicht(en). Nach-geschliffene Werkzeuge knnen deswe-gen ein- bis zweimal ohne Entschich-tung berbeschichtet werden, undtrotzdem hohe Standzeiten erreichen.

    Dadurch steigt aber die Schichtdickean den nicht nachgeschliffenen Stellen.Nach dem sptestens dritten Nach-schleifen darf nicht mehr berbeschich-tet werden, da die Haftung auf der al-ten Schicht zu gering ist, und somit nurnoch ein Bruchteil der Neuwerkzeug-standzeit erreicht werden kann. Aus die-sem Grunde sollten Werkzeuge ent-schichtet werden.

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  • 3. Warum ist es nicht so einfach?Mit einer einzigen Ausnahme benut-

    zen alle chemischen Entschichtungsver-fahren wasserbasierte Lsungen. Dieshat nebst Vorteilen (einfache Handha-bung, niedrige Kosten, Gesundheits- undUmweltschutz) auch gewisse Nachteile:

    a. HSS - Korrosion:Dass HSS in Kontakt mit Wasser undSauerstoff korrodieren kann, ist be-kannt. In einer wasserbasierten Ent-

    schichtungslsung, abhngig von ih-rer Zusammensetzung, kann dasKorrosionsrisiko sehr hoch sein.Auch nach dem Entschichten, wenndie Oberflche durch den Ent-schichtungsvorgang aktiviert ist, kor-rodiert HSS sehr schnell an Luft.

    b. Hartmetallkorrosion - Cobalt LeachingWie bereits vom Schleifen her be-kannt, kann Hartmetall bei Kontaktmit Wasser beschdigt werden. Hart-metall ist ein Verbundwerkstoff, wel-cher aus Wolframkarbid-Krnern be-steht und von einem Kobalt-Binderzusammengehalten wird (s. Abbil-dung 6). Dieser Binder lst sich imKontakt mit Wasser allmhlich ausder Werkzeugoberflche heraus. Da-durch fehlt der Binder zum Zusam-menhalt der Krner und sind nurnoch lose mit dem Grundmaterialverbunden. Dies nennt man auf Eng-lisch Cobalt Leaching. Die Ober-flche wird matt oder gar schwarz.Entscheidend ist die Tiefe des Co-le-achings. Tiefen von 0.1-0.5 m sinddurch Nachbehandlung reparabel.

    Bei noch mehr Co-laeching wird diebeschdigte Oberflche mechanischweniger belastbar und die Nachbe-schichtung haftet schlechter bzw. garnicht.Die ideale Entschichtungslsung lstalso die Beschichtung auf, ohne dasHartmetall anzugreifen.

    c. Chemische hnlichkeit von Beschichtung und WerkzeugmaterialDas Kobalt des Grundmaterials ist,chemisch gesehen, dem Titan undChrom in den Beschichtungen sehrhnlich. Darum ist es bei einer Ent-schichtung, welche die Beschichtung(Titan- und/oder ChromhaltigeSchicht) auflst, eine groe Heraus-forderung, kein KobalthaltigesGrundmaterial herauszulsen. DieAufgabe wird noch erschwert, wennzustzlich auch noch Titancarbidoder Chromcarbid im Grundmate-rial enthalten sind. Meistens lsstsich allerdings ein Verlust von 0,1bis 0,5 m Grundmaterial z.B. durchPolierstrahlen soweit nachbearbei-ten, dass die Nachbeschichtung trotz-dem gute Haftung aufweist.Es ist noch erwhnenswert, dass ei-nige Entschichtungslsungen nicht(nur) das Kobalt, sondern auch dasWolframcarbid des Hartmetalls an-greifen, mit sehr hnlichen Folgenfr die Haftung der Wiederbe-schichtung.

    d. Handhabung, Sicherheit und Umweltfreundlichkeit:Die Chemikalien, die bei der Ent-schichtung benutzt werden bzw. ent-stehen, sollten mglichst risikofreifr Mensch und Umwelt und einfach zu handhaben sein. Eine Be-nutzung von naturidentischen Che-mikalien ist auch vom entsorgungs-technischen Standpunkt ein Vorteil.

    e. Zeit und KostenDie Entschichtungsanlage darf nichtzu teuer sein, weder der Anschaf-fungspreis, noch die Betriebskosten.Mit Betriebskosten sind Energiever-

    BESCHICHTEN

    2 Werkzeug Technik 111 14 Dezember 2009

    Abbildung 3: Die weniger gute, aber dennoch praktizierbare Aufbereitungsmethode:die abgenutzte Schneidkante wird zuerst nachgeschliffen, dann entschichtet, danach die

    Kanten verrundet und zuletzt wiederbeschichtet (v.l.n.r.)

    Abbildung 4: Die beste Vorgehensweise bei der Werkzeug-Aufbereitung: die abgenutzteSchneidkante wird zuerst entschichtet, dann nachgeschliffen,

    danach die Kanten verrundet und zuletzt wiederbeschichtet (v.l.n.r.)

    Abbildung 5:Prozessabfolgemglichkeiten beim

    Wiederbeschichten. [1]

    Abbildung 6: Das intakte (links)und Cobalt-geleachte (rechts)

    Hartmetall.

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  • brauch, Lohnkosten, Chemikalienund Entsorgung gemeint. Und ummglichst kurze Aufbereitungszei-ten zu haben soll die Entschichtungmglichst schnell ablaufen.

    4. Welche Verfahren gibt es?Es gibt drei Entschichtungsverfahren:

    mechanische, physikalische und chemi-sche.

    Eine mechanische Behandlung zumEntfernen der Schicht (z.B. Mikrostrah-len) bleibt zumeist erfolglos, da dasGrundmaterial mit dem Strahlmediumschneller abgetragen wird als die Hart-stoffschicht. Auerdem wird so dieOberflche aufgeraut, bedingt durch dieKorngre des Strahlmediums.

    Als physikalische Entschichtungsme-thode sei das Plasmatzen erwhnt. Die-ses Verfahren findet aber hchstens beiDLC-Schichten eine Anwendung und istsehr kostspielig.

    Beim chemischen Verfahren wird un-ter Anwendung eines flssigen Medi-ums entschichtet. Im Prinzip geht esdarum, die Beschichtung zu oxidieren,unter Bildung einer in dem benutztenLsemittel lslichen Verbindung. AlsOxidationsmittel werden am hufigstensauerstoffreiche Chemikalien (z.B. Was-serstoffperoxid) benutzt; halogenhaltigeOxidiermittel sind aufgrund der niedri-geren Umweltvertrglichkeit wenigerbeliebt.

    Das flssige Entschichtungsmediumkann wasserbasiert oder wasserfrei (l-semittelbasiert) sein. Obwohl lsemit-telbasierte Verfahren im Labor bessereErgebnisse erreichen, ist sicherheits-technisch ein Einsatz unter Produkti-onsbedingungen kaum realisierbar (eswerden teure Reagenzien sowie feuer-gefhrliche und giftige Lsemittel an-gewendet, die man aufwendig wieder-aufbereiten msste).

    Wasserbasierte Methoden sind somitdie einzigen, die fr Serien-Entschich-tung denkbar sind. Diese gebrauchenteilweise auch elektrischen Strom (Elek-trolyse), um die Hartstoffschicht in dieLsung zu bringen.

    5. PLATITEntschichtungsverfahren

    Mitte 2003 fing PLATIT an eigene Ent-schichtungsverfahren zu entwickeln, dasich mit auf dem Markt befindlichenVerfahren nicht die gewnschten Er-gebnisse erzielen lieen.

    Diese wurden aber anfnglich von PLA-TIT nicht gefrdert, da speziell bei derEntschichtung hochgiftiges Chrom(VI)entsteht, welches stark krebserregendist. Um die Marktnachfrage zum Ent-schichten von Chromhaltigen Schichtenabdecken zu knnen, bietet PLATIT un-ter Eigenverantwortung des Kunden seit2006 nun auch entsprechende Ent-schichtungverfahren an.

    Das Entschichtungsverfahren frChromhaltige Schichten auf HM hinter-lsst einen Belag auf dem Werkzeug,welcher aber in einem zweiten Bad aufwssriger Basis einfach entfernt werdenkann.

    Fr Chromhaltige Schichten auf HSSist hingegen nur ein Schritt ntig, wel-cher auf einer wssrigen Lsung undGleichstrom besteht.

    a. PLATIT-EntschichtungsmoduleFr die einzelnen Verfahren hat PLA-

    TIT entsprechende Module entwickeltum mit mglichst geringen Mengen anChemie, Schichten effizient entschich-ten zu knnen.

    BESCHICHTEN

    3 Werkzeug Technik 111 14 Dezember 2009

    Abbildung 7:Funktionsprinzip

    der Module ST-40 HSS und

    ST-40 HM.

    Als erstes entstand ein Entschich-tungsverfahren fr HSS, das nach demEntwickler benannte AlZiRo. Das mehr-komponentige

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