Alternative Materialien für Schlüsselkomponenten von CNC-Wälzfräsmaschinen müssen optimiert und verbessert werden und gleichzeitig eine hohe Steifigkeit, thermische Stabilität und Verschleißfestigkeit gewährleisten. Einige verfügen über ausgereifte Alternativen, andere befinden sich noch in der Sondierungsphase.
1. Bett- und Strukturkomponenten: Gusseisen → Kunstmarmor / Verbundwerkstoffe
Herkömmliche Materialien: Hochfestes Gusseisen (z. B. HT300), das eine gute Schwingungsdämpfung und Kostenvorteile bietet.
Alternativen:
Künstlicher Marmor (Epoxidharzbeton): Bietet eine höhere thermische Stabilität und ein höheres Dämpfungsverhältnis, wodurch die Auswirkungen von Temperaturänderungen auf die Bearbeitungsgenauigkeit erheblich reduziert werden. Es wird häufig in High-End-Modellen wie Gleason verwendet.
Kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe: Leicht und mit ausgezeichneter Vibrationsfestigkeit, aber hohen Kosten und schwieriger Verarbeitung. Derzeit wird es hauptsächlich in experimentellen oder ultrapräzisen Geräten verwendet und hat noch keine breite Akzeptanz gefunden.
2. Spindelsystem: Legierter Stahl → Ultra-Hochfester Stahl/Keramiklagerbaugruppe
Traditionelle Materialien: Legierte Stähle wie 20CrMnTi und 38CrMoAlA, deren Oberflächenhärte durch Aufkohlen oder Nitrieren verbessert wird.
Alternativen:
Mikro-legierter hoch-Stahl: Verfeinert die Korngröße durch Zugabe von Elementen wie Vanadium und Niob und verbessert so die Ermüdungsfestigkeit und Dimensionsstabilität.
Keramische Wälzlager (z. B. Si₃N₄): Im Vergleich zu Lagern aus reinem Stahl haben sie eine geringere Dichte, eine höhere Drehzahlfähigkeit und eine bessere Temperaturbeständigkeit. Sie eignen sich für Hochgeschwindigkeitsspindeln, verlängern die Lebensdauer und reduzieren thermische Verformungen.
Hydrostatische Lagertechnologie: Verwendet Ölfilm- oder Luftfilmunterstützung, um eine berührungslose Rotation zu erreichen, wodurch Reibung und Verschleiß vollständig eliminiert werden, was die zukünftige Richtung von Spindeln mit ultrahoher Präzision darstellt.
3. Führungsschienensystem: Führungsschienen aus gehärtetem Stahl → Hydrostatische Führungsschienen / nitriertes Gusseisen
Traditionelle Materialien: Führungsschienen aus gehärtetem GCr15-Stahl oder rollende Linearführungsschienen.
Alternative Lösungen:
Geschlossene hydrostatische Verbundführungsschiene mit konstantem Durchfluss und konstantem Druck: Trägt die Last durch einen hydraulischen Ölfilm und sorgt so für keinerlei Verschleiß und eine hochpräzise Bewegungssteuerung, besonders geeignet für große, schwere-Wälzfräsmaschinen.
Ultra-Audio Frequency Hardening Guide Rail: Erhöht die Oberflächenhärte der Führungsschiene auf über 58 HRC und verbessert so die Verschleißfestigkeit deutlich; erfolgreich in importierten Hochgeschwindigkeits-CNC-Wälzfräsmaschinen eingesetzt.
Nitrierte Gusseisen-Führungsschiene: Nach der Oberflächennitrierungsbehandlung kann die Härte 600–700 HV erreichen, mit besserer Verschleißfestigkeit als herkömmliches Abschrecken und weniger Verformung.
4. Wälzfräser und Schneidkomponenten: Schnellstahl → Hartmetall/beschichtete Werkzeuge
Traditionelle Materialien: Pulvermetallurgischer Schnellarbeitsstahl vom Typ M2, M35.
Alternative Lösungen:
Hartmetall-Wälzfräser: Basierend auf WC-Co, geeignet für trockene Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Gleason Chemicals in den Vereinigten Staaten hat Hartmetall-Wälzfräser zum Trockenschneiden von Kegelrädern in Phoenix-Werkzeugmaschinen implementiert und so die Effizienz um 50 % verbessert. Mit AlCrN/TiAlN beschichtete Schneidwerkzeuge: Verbessern die Hochtemperatur- und Oxidationsbeständigkeit, reduzieren den Reibungskoeffizienten, verlängern die Werkzeuglebensdauer und unterstützen eine kühlmittelfreie „grüne Bearbeitung“.
CBN-Schneidwerkzeuge (kubisches Bornitrid): Geeignet zum Schlichten von Zahnrädern aus gehärtetem Stahl, mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit, aber relativ spröde, hauptsächlich unter bestimmten Arbeitsbedingungen eingesetzt.