CBN vs. PKD: Der Kampf der superharten Schneidwerkzeuge – Ein tiefer Einblick in Fertigung und Leistung
CBN (kubisches Bornitrid) CNC-Schneidwerkzeuge
CBN oder kubisches Bornitrid ist ein synthetisches Material, das für seine extreme Härte und Haltbarkeit bekannt ist. In puncto Härte liegt es nach Diamant an zweiter Stelle und ist daher ein idealer Werkstoff für Schneidwerkzeuge für die Hochleistungszerspanung. CBN-Schneidwerkzeuge werden typischerweise für die Bearbeitung von gehärtetem Stahl, Gusseisen und anderen hochfesten Materialien verwendet, die mit herkömmlichen Schneidwerkzeugen schwer zu bearbeiten sind.
Herstellungsprozess von CBN-Werkzeugen:
Bei der Herstellung von CBN-Schneidwerkzeugen erfolgt im Allgemeinen die Synthese von Bornitrid (BN) unter hohem Druck und hoher Temperatur. Der Prozess beginnt mit Borpulver und Stickstoffgas, die extremen Bedingungen (über 1500 °C) ausgesetzt werden, um die Kristalle des kubischen Bornitrids (c-BN) zu bilden. Diese Kristalle werden dann mit einem Matrixmaterial, häufig einem Kobaltbinder, kombiniert, um einen Schneideinsatz oder ein Werkzeug herzustellen. Diese Kombination verleiht dem CBN-Werkzeug seine bemerkenswerte Härte und Verschleißfestigkeit.
CBN-Wendeschneidplatten können je nach den spezifischen Bearbeitungsanforderungen in verschiedenen Formen und Größen hergestellt werden. Das fertige Werkzeug wird oft gesintert, geschliffen und beschichtet, um seine Leistung und Oberflächenbeschaffenheit weiter zu verbessern. Die Fähigkeit des Werkzeugs, auch bei hohen Temperaturen scharfe Schneidkanten beizubehalten, macht es zu einer hervorragenden Wahl für Hochleistungsanwendungen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Werkzeugherstellung.
PKD-CNC-Schneidwerkzeuge (Polykristalliner Diamant).
PKD oder Polykristalliner Diamant ist ein Material, das durch die Verbindung feiner Diamantkristalle unter hohem Druck und hoher Temperatur hergestellt wird, was zu einem starken, langlebigen Schneidwerkzeugmaterial führt. PKD-Werkzeuge sind für ihre außergewöhnliche Verschleißfestigkeit bekannt, insbesondere bei der Bearbeitung von Nichteisenmetallen wie Aluminium, Kupfer und Messing sowie Verbundwerkstoffen.
Herstellungsprozess von PKD-Werkzeugen:
Die Herstellung von PKD-Werkzeugen beginnt mit der Herstellung feiner Diamantpulver, die mit einem Metallbindemittel, meist Kobalt oder anderen Metallpulvern, vermischt werden. Diese Mischung wird dann in einer speziellen Presse einem Hochtemperatur- und Hochdruckprozess, dem sogenannten „Sintern“, unterzogen. Bei diesem Prozess verschmelzen die Diamantkristalle miteinander und es entsteht eine dichte, polykristalline Struktur.
PKD-Werkzeuge werden typischerweise in zwei Hauptformen hergestellt: monolithisch und gelötet. Bei der monolithischen Methode besteht das gesamte Werkzeug aus PKD, während bei der gelöteten Methode eine dünne PKD-Schicht auf einem Hartmetallsubstrat befestigt wird. Nach dem Sintern werden die PKD-Werkzeuge auf präzise Maße geschliffen und poliert, um scharfe Schneidkanten und eine glatte Oberflächenbeschaffenheit zu gewährleisten. Sie können zusätzlich mit Beschichtungen behandelt werden, um ihre Verschleiß- und Oxidationsbeständigkeit zu erhöhen, was ihre Leistung in bestimmten Anwendungen verbessern kann.
PKD-Werkzeuge werden häufig für hochpräzise Schneidaufgaben eingesetzt und eignen sich besonders für die Bearbeitung von Materialien, die bei herkömmlichen Werkzeugmaterialien einen erheblichen Verschleiß verursachen. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Härte und geringen Reibungseigenschaften bieten sie hervorragende Leistung sowohl bei der Schlichtbearbeitung als auch bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsvorgängen.
Vergleich zwischen CBN- und PKD-CNC-Schneidwerkzeugen
| Eigentum | CBN (kubisches Bornitrid) | PKD (Polykristalliner Diamant) |
|---|---|---|
| Materialzusammensetzung | Hartes, synthetisches Bornitrid | Unter hohem Druck gebundene synthetische Diamantpartikel |
| Härte | Sehr hoch, gleich nach dem Diamanten | Extrem hoch, das härteste bekannte Material |
| Anwendungen | Gehärtete Stähle, Gusseisen, Hochtemperaturlegierungen | Nichteisenmetalle, Verbundwerkstoffe, Aluminium, Kupfer usw. |
| Verschleißfestigkeit | Hervorragend geeignet, insbesondere bei harten, abrasiven Materialien | Hervorragend, insbesondere für weiche Nichteisenmetalle |
| Thermische Stabilität | Sehr hoch, verträgt extreme Hitze gut | Mäßig, empfindlich gegenüber hohen Temperaturen |
| Werkzeuglebensdauer | Lange Standzeit bei grober und schwerer Zerspanung | Sehr lange Standzeit, insbesondere bei Schlichtbearbeitungen |
| Schnittgeschwindigkeit | Ideal für schwere Schnitte und mittlere Geschwindigkeiten | Hohe Schnittgeschwindigkeiten für leichte und mittlere Schnitte |
| Kosten | Im Allgemeinen niedriger als PCD | Höher aufgrund des Herstellungsprozesses und des Materials |
| Typische Branchen | Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Werkzeug- und Formenbau, Stahlindustrie | Automobil, Luft- und Raumfahrt, Elektronik und Kunststoffe |
| Oberflächenbeschaffenheit | Hohe Präzision und gute Oberflächengüte in harten Materialien | Hervorragende Oberflächengüte bei Nichteisenmaterialien |
Hauptunterschiede:
Materialkompatibilität:
CBN eignet sich besonders für harte und abrasive Materialien wie gehärtete Stähle und Gusseisen.
PKD ist ideal für weiche Materialien wie Aluminium, Kupfer und Verbundwerkstoffe, die dazu neigen, herkömmliche Werkzeuge schnell zu verschleißen.
Leistung bei hohen Temperaturen:
CBN-Werkzeuge können höheren Temperaturen standhalten, ohne sich zu verschlechtern, wodurch sie für Bearbeitungsbedingungen mit hoher Kraft und hoher Hitze effektiver sind.
PKD-Werkzeuge sind zwar sehr hart, vertragen jedoch extrem hohe Temperaturen weniger und können unter solchen Bedingungen ihre Schärfe verlieren.
Kostenüberlegungen:
CBN-Werkzeuge sind tendenziell günstiger als PKD-Werkzeuge, da PKD komplexere Herstellungsprozesse erfordert und das Rohmaterial selbst teurer ist.
Oberflächenbeschaffenheit und Präzision:
PKD-Werkzeuge eignen sich besser für die Erzielung ultrafeiner Oberflächengüten, insbesondere bei Nichteisenmaterialien.
CBN-Werkzeuge sind zwar präzise, zeichnen sich jedoch eher durch Haltbarkeit und Schnittfestigkeit aus als durch die Erzielung höchster Oberflächengüte in weicheren Materialien.
Sowohl CBN- als auch PKD-CNC-Schneidwerkzeuge bieten eine außergewöhnliche Leistung, erfüllen jedoch unterschiedliche Bearbeitungsanforderungen. CBN-Werkzeuge sind ideal für zähe, harte Materialien und Hochtemperaturanwendungen, während PKD-Werkzeuge bei der Arbeit mit weicheren Metallen und Verbundwerkstoffen glänzen und eine lange Standzeit und hervorragende Schneidleistung bieten. Die Wahl zwischen beiden hängt vom spezifischen zu bearbeitenden Material, der erforderlichen Werkzeugstandzeit und der Bearbeitungsumgebung ab.
