Bereits seit etwa 3000 Jahren ist der monokristalline Naturdiamant den Menschen als absolut härtester, dennoch natürlich vorkommender Werkstoff bekannt. Dieses aus reinem Kohlenstoff bestehende Mineral wurde schon sehr früh auch als Werkzeug eingesetzt. Die Herstellung kristallisierter synthetischer Diamanten erfolgte jedoch erst 1953, durch den Physiker Erik Lundblad im schwedischen Elektrotechnik-Konzern ASEA. Danach entwickelten sich im Laufe der folgenden Jahrzehnte synthetische Industriediamanten (später auch kubische Bornitride) zur Grundlage für hochharte polykristalline Schneidstoffe, welche heutzutage für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe nicht mehr wegzudenken sind. Vor allem in der modernen Zerspanung geht es darum, Bauteile möglichst schnell und damit kostengünstig herzustellen. Dies gelingt mit Werkzeugen, die engste Toleranzen und beste Oberflächenwerte erzielen, mit extrem hohen Schnittparametern arbeiten und sehr hohe Standzeiten erreichen. In diesem Fall sind es zunehmend die Werkzeuge, die mit Schneiden aus ultraharten Schneidstoffen wie PKD oder PCBN bestückt sind. PKD steht für „polykristalliner Diamant“ (engl. „Polycristalline Diamond“) und wird hauptsächlich in der Automobil- und deren Zulieferindustrie für die Zerspanung von Bauteilen aus Aluminiumlegierungen eingesetzt – sowie in der Luftfahrtindustrie für Teile aus faserverstärkten Kunststoffen.
PKB bezeichnet den Werkstoff „Polykristallines kubisches Bornitrid“. Aus dem Englischen „Polycristalline Cubic Boron Nitride“ geht die Abkürzung PCBN hervor. Dieser Schneidstoff wird hauptsächlich für die Bearbeitung von gehärteten Bauteilen wie Zahnräder, Wellen oder Gelenke in der Automobilindustrie und bei deren Zulieferern eingesetzt. PKD- und PCBN-Schneidstoffe sind aufgrund ihrer hohen Härte sehr spröde – was sie anfällig für Schneidenausbrüche macht. Aus diesem Grund kommen die Werkzeuge aus diesen Schneidstoffen nur auf modernen Maschinen mit spielfreien Spindeln, guter Werkstückspannung und entsprechendem Kühlmitteldruck zum Einsatz.
In die Entwicklung und Fertigung von PKD- und PCBN-bestückten Werkzeugen stieg Gühring bereits vor über 40 Jahren ein. Seither zählt dieser Geschäftsbereich zu unseren Kernkompetenzen. Am Stammsitz in Albstadt steht das PKD-/PCBN-Hauptwerk, in dem innovative Werkzeuge entwickelt und hergestellt werden. 95 % davon zählen zu den Sonderwerkzeugen, die gemeinsam mit den Kunden für den jeweiligen Anspruch erarbeitet werden. Bei Diamant-Werkzeugen handelt es sich um hochkomplexe Konstruktionen, für deren Fertigung detaillierte Informationen benötigt werden. Dazu gehören 2D- und 3D-Bauteilzeichnungen, Daten zur Maschine und zum Prozess.
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Wann sind PKD-Werkzeuge nicht geeignet?
- PKD ist nicht geeignet für die Bearbeitung eisenhaltiger Werkstoffe.
Trotz der enormen Härte von PKD ist es nicht möglich, eisenhaltige Werkstoffe zu bearbeiten. Der Grund dafür ist die hohe Affinität des Kohlenstoffs zum Element Eisen, das zum Beispiel in den Werkstoffen Stahl und Gusseisen enthalten ist.
Unter dem Einfluss von Druck und Hitze verbindet sich der Kohlenstoff der Diamanten mit Eisen zu Eisencarbid.
Es kommt zu einem chemischen Diffusionsverschleiß, bei dem sich die Schneide durch den Kohlenstoffverlust regelrecht zersetzt. - PKD ist nicht geeignet für Temperaturen über 700° C.
Beim Einsatz von PKD ist zu beachten, dass die Temperatur von 700°C nicht überschritten werden darf. Das gilt auch für die Fertigung der Werkzeuge. Denn ab dieser Temperatur findet die Rückumwandlung der Diamant-Kristalle in Grafit stark beschleunigt statt.
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