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Welche verschiedenen Herstellprozesse gibt es und wodurch unterscheiden sie sich?

Ausgangsstoffe

Für die Herstellung von Hartmetall werden in Kugelmühlen das Granulat (Hartstoff und Binder) sowie das Pressmittel nass miteinander vermischt. Das Pressmittel wird für den Zusammenhalt der Presslinge verwendet. Anschliessend wird mit einer Sprühtrocknung ein rieselfreudiges Pulver erstellt.

Die Formgebung

Bei der Formgebung gibt es grundsätzlich vier Methoden: Das isostatische Pressen, das uniaxiale Pressen, das Spritzgiessen sowie das Strangpressen.

Isostatisches Pressen
Kaltisostatisches Pressen ist für einfache Formen und/oder grössere Geometrien geeignet. Dabei wird das Pulver in eine Gummiform gegeben, dicht verschlossen und anschliessend in einer Flüssigkeit von allen Seiten unter einen Druck von ca. 2‘000 bar gesetzt.

Uniaxiales Pressen
Für die Herstellung kleinerer Bauteile in grösserer Menge ist das uniaxiale Pressen geeignet. Bei dieser Formgebung wird das Pulver in eine Pressform gegeben und mit zwei Stempeln von oben und unten unter hohem Druck gepresst.

Strangpressen
Das Strangpressen wird bei einfacheren, meist symmetrischen Bauteilen angewendet. Für diesen Prozess wird als Ausgangsmaterial nicht ein Pulver, sondern eine zähflüssige Masse benötigt. Dazu wird das Granulat mit thermoplastischen Plastifizierer (Wachs) oder organischen Polymeren vermischt und geknetet. Anschliessend wird die Masse mittels Schnecken- oder Kolbenstangenpresse unter hohem Druck durch eine Formmatrize gepresst werden.

Spritzgiessen
Das Spritzgiessen von Hartmetall wird vorwiegend bei komplizierten Bauteilen in grossen Mengen angewendet. Da auch beim Spritzgiessen eine zähflüssige Masse benötigt wird, ist die Aufbereitung des Ausgangsmaterials gleich wie beim Strangpressen. Anschliessend wird die Masse unter hohem Druck in das Spritzgusswerkzeug gepresst. Nach der Formgebung wird der Zustand des Bauteils als „Grünling“ bezeichnet, wobei das Bauteil noch relativ weich ist und durch konventionelle Bearbeitung wie Fräsen, Drehen, Bohren weiter bearbeitet werden kann.

Das Sintern

Nach der Formgebung erfolgt die Sinterung, wobei dies zumeist in einem Vakuumofen durchgeführt wird. Bei diesem Prozess durchlaufen die Bauteile ein definiertes Temperaturprogramm. Nach dem Sintern und Nachverdichten hat das Hartmetall-Bauteil seine volle Härte erreicht und die weitere Bearbeitung muss mittels Hartbearbeitung erfolgen.

Das Temperaturprogramm
  • Langsam auf 500°C erhitzen um die Plastifizierer zu verbrennen.
  • Weitere langsame Temperaturerhöhung um das vorhandene Kohlenmonoxyd zu entfernen. Bei einer weiteren Temperaturerhöhung auf 1350°C – 1500°C erfolgen die Schmelzvorgänge, wobei der Binder (Co oder Ni) die WC Kristalliten benetzt. Nun setzt der Schrumpfvorgang von bis zu 25% ein.
  • Sobald eine zusammenhängende Schmelze erreicht ist, kann eine langsame Abkühlung beginnen.

Hot Isostatic Pressing (HIP)
Beim Sintern können die meisten im Bauteil vorhandenen Poren entfernt werden. Um jedoch die Dichte und somit die Materialqualität weiter zu erhöhen, kann mittels Argon-Gas während dem Sintern ein Überdruck angelegt werden und der Verdichtungsvorgang verbessert werden. Dieser Prozess wird als HIP (Hot Isostatic Pressing) bezeichnet.

Die Hartbearbeitung

Bei Bauteilen aus Hartmetall werden oft sehr hohe Anforderungen an Massgenauigkeit und Oberflächengüte gestellt. Da die Bauteile während des Sinterprozesses ca. 25% schrumpfen kann keine präzise Masshaltigkeit eingehalten werden und durch den Sinterprozess ist die Oberflächengüte unstetig. Deshalb ist es in vielen Fällen notwendig, die Funktionsflächen des Bauteiles im Hartzustand zu bearbeiten.

Welche Fertigungsverfahren werden eingesetzt?
Aufgrund der hohen Härte des Hartmetalls können bei der Hartbearbeitung nur wenige Fertigungsverfahren wirtschaftlich eingesetzt werden, so zum Beispiel das Schleifen, Honen, Läppen, die Funkenerosion und Laserbearbeitung. Beim Schleifen und Honen wird mit gebundenem Diamantkorn ohne definierte Schneide eine Abtragung erreicht. Dabei gibt es viele verschiedene Schleifarten, so zum Beispiel das Rund-, Plan-, Form- und Spitzenlosschleifen. Im Unterschied zum Schleifen wird beim Honen mit mehr Druck und geringerer Geschwindigkeit gearbeitet. Beim Läppen wird ein loses Diamantkorn mit Öl gemischt und mit Druck über eine längere Zeit eine – in der Regel geringe - Abtragung erreicht. Dabei können jedoch sehr präzise Toleranzen eingehalten werden.

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Die Bearbeitung überharter Werkstoffe wie technische Keramik, Hartmetall, Saphir sowie vergleichbare Materialien ist unsere Kernkompetenz. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch ihre extreme Verschleissfestigkeit, ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen und aggressiven Medien sowie ihre Korrosionsbeständigkeit aus. Die extreme Härte dieser Werkstoffe erfordert den Einsatz von Diamantwerkzeugen.






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