PKD, CVD-Diamant und Hartmetall für abrasive Werkstoffe vergleichen

Kurzantwort

Hartmetall bleibt die Ausgangsbasis; PKD oder CVD-Diamant prüfen wir erst, wenn der Verschleiß am Hartmetall nachweislich abrasiv ist und die Kosten je Gutteil dadurch relevant sind.

RobbJack nennt als abrasive Werkstoffe unter anderem Graphit, Faserverbundwerkstoffe, gefüllte Kunststoffe und Aluminiumguss mit etwa 10 % Silizium oder mehr. Eisenwerkstoffe schließt der Hersteller für Diamant aus, weil sich Kohlenstoff bei Schnitttemperatur im Eisen löst.

Offen bleibt, wie lange eine Diamantkante an Ihrem Bauteil hält. Eigene Standzeitdaten dazu haben wir nicht. Die Seite PKD oder Hartmetall beim Fräsen von AlSi-Legierungen behandelt den Sonderfall AlSi; hier vergleichen wir allgemein.

Die Tabelle stellt die drei Kandidaten am selben Merkmal gegenüber. Standzeiten lassen wir bewusst leer, bis ein Versuch sie liefert.

Die Angaben zu Aufbau, Unterbrechung und Bauform stammen von Telcon und RobbJack. Der nächste Schritt ist die Werkstoff- und Abrasivitätsprüfung.

Werkstoff und Abrasivität

ISCAR ordnet PKD Nichteisenmetallen und nichtmetallischen Werkstoffen zu, darunter Aluminiumlegierungen, Titan, Kohlefaser, faserverstärkte Kunststoffe und Keramik, und nennt eine Härte von etwa 6000 HV und mehr sowie eine Einsatzgrenze bei etwa 650 °C. CVD-Diamant erwähnt dieser Leitfaden nicht.

Wir fragen deshalb nach dem Füllstoff, nach Siliziumanteil bei Aluminium und nach dem bisherigen Verschleißbild. RobbJack empfiehlt, zuerst den Ausfall zu bestimmen: Abrasiver Verschleiß spricht für Diamant, Aufbauschneide eher für polierte Spannuten oder DLC, und Bruch meist für Vorschub, Rundlauf oder Steifigkeit.

ISO 513 ordnet Hartmetall, Keramik, Diamant und kubisches Bornitrid als harte Schneidstoffe nach Anwendung. Für gehärtete Stähle und Gusseisen nennt ISCAR PCBN als Gegenstück; Details dazu stehen unter CBN oder Hartmetall beim Hartdrehen.

Kontinuierlicher oder unterbrochener Schnitt

Telcon beschreibt PKD als widerstandsfähiger gegen Ausbrechen, was beim unterbrochenen Fräsen zählt, und CVD-Schichten als anfälliger für Bruch und Delamination. RobbJack hält Hartmetall bei Stoßbelastung für zäher und warnt, dass Rattern oder Auslenkung, die Hartmetall noch verträgt, eine Diamantkante ausbrechen lassen können.

Die Studie von Ashkinazi et al. untersuchte unterbrochenes Fräsen eines Al-Si-Verbundwerkstoffs mit etwa 18 % SiC bei 800 m/min und 0,2 mm Zahnvorschub. Unbeschichtetes Hartmetall erreichte das Verschleißkriterium nach etwa 400 s, eine DLC-Schicht nach etwa 800 s und eine CVD-Diamantschicht nach etwa 1600 s.

Das ist eine einzelne Bedingung mit einer Legierung und einer Geometrie; Streuung und Wiederholungen nennt die Arbeit nicht. Die dort mit „PCD“ bezeichnete Schicht ist CVD-Diamant, kein gesintertes PKD. Wir übertragen die Zahlen nicht auf Ihr Bauteil.

Schneidkante und Oberfläche

RobbJack weist darauf hin, dass Diamantschichten dicker sind als PVD-Schichten und die Kante stärker verrunden; sie eignen sich eher für abrasionsbegrenzte Arbeit als für Arbeit, die eine rasiermesserscharfe Kante verlangt. Telcon nennt dagegen CVD-Werkzeuge als länger scharf.

Beide Aussagen betreffen unterschiedliche Größen: Schärfe im Neuzustand und Schärfe über die Standzeit. Wir fragen deshalb nach Oberflächenziel und Gratanforderung und legen die Kante erst danach fest.

Im ISCAR-Leitfaden stehen für PCBN-Wendeschneidplatten gehonte Kanten und Fasen, abhängig von Schnittart; eine Entsprechung für PKD-Fräser enthält er nicht.

Werkzeugbauform

Telcon nennt für Fräser mit langen Spannuten oder Sondergeometrien CVD als bevorzugt, weil die Geometrie vor dem Beschichten geschliffen wird; Segmente und Nibs bei PKD sind in der Form begrenzt. RobbJack weist zudem darauf hin, dass manche Hartmetallgeometrien keine direkte Diamantentsprechung haben.

Bei Reibahlen, Bohrern und Plattenwerkzeugen gelten andere Grenzen. Eine Übersicht der Gruppen führt die Seite PKD-Werkzeuge. Der nächste Schritt ist die Kostenrechnung.

Kosten je Gutteil

RobbJack rechnet Werkzeugpreis geteilt durch Teile je Schneide plus Wechselzeit und Ausschuss. Wir ergänzen die Kosten für Nachschleifen oder Neubestücken. Die Formel gilt nur, wenn Standmenge, Preise und Wechselzeit am selben Merkmal erhoben wurden.

Das folgende Beispiel verwendet angenommene Zahlen und keine HC-Daten. Wechselaufwand je Wechsel: 5 Geldeinheiten, ohne Nachschleifen.

Gegenrechnung: Erreicht die PKD-Kante nur 800 statt 1000 Teile, liegt sie mit 0,51 über dem Hartmetall mit 0,45. Ein höherer Werkzeugpreis lohnt sich also nur, wenn die Standmenge die Preisdifferenz trägt.

Wechselaufwand und Rückfall

Zum Wechselaufwand zählen Programmanpassung, Einstellmaße, Prüfung der ersten Teile und Lagerhaltung. RobbJack empfiehlt, auf einer Operation mit einem Testwerkzeug zu beginnen, bevor eine Fertigungszelle umgestellt wird.

Wir legen vor dem Versuch Rückfallbedingungen fest: Bricht die Kante aus, kehren wir zu Hartmetall oder zu einer anderen Bauform zurück. Ist bei CVD die Schicht durchgeschlagen, stumpft das freiliegende Hartmetall nach Telcon schnell ab, und das Werkzeug ist zu wechseln.

Kontrollierter Versuch

1. Ausfall am Hartmetall bestimmen: abrasiv, Aufbauschneide, Hitze oder Bruch.
2. Ein Merkmal am selben Bauteil wählen und Kandidaten gegenüberstellen.
3. Rundlauf, Kühlung und Eingriff gleich halten und festhalten.
4. Standmenge, Verschleißbild und Oberfläche nach vorab festgelegten Kriterien messen.
5. Kosten je Gutteil mit gemessenen Werten rechnen.

Nicht passend ist dieser Weg in diesen Fällen:

Der nächste Schritt ist die Anfrage mit den Angaben unten.

Häufige Fragen