Weg frei für Bleifrei!

Blei wird aufgrund seiner Toxizität zunehmend überall dort verbannt, wo Messing mit Trinkwasser in Berührung kommt. Die EU-Trinkwasser-Richtlinie hat bereits 2013 den Bleianteil im Trinkwasser auf 10 Mikrogramm pro Liter (µg/l) begrenzt und 2018 noch einmal um die Hälfte gesenkt. Damit stehen gängige bleihaltige Kupferlegierungen (z.B. CuZn36Pb2As) oder das Automatenmessing (CuZn39Pb3) zur Herstellung von trinkwasserführenden Sanitärkomponenten nicht mehr auf der Positivliste des Umweltbundesamts.

Blei schmiert und verhindert Verschleiß

Blei erleichtert die Zerspanung erheblich, weil es für einen guten Spanbruch sorgt und leicht schmierend wirkt. Für Werkzeughersteller ist die schlechte Zerspanbarkeit des bleifreien Messings daher eine Herausforderung. Das Problem dabei: Viele bereits im Markt angebotene, preisgünstige, bleifreie beziehungsweise bleiarme Substitute erhöhen den Werkzeugverschleiß durch Materialaufschmierungen, erzeugen bei der Fertigung lange Band- oder Wirrspane und machen einen sicheren Prozess häufig unmöglich.

Standard untauglich für bleifreie Werkstoffe

An unserem Standort im oberpfälzischen Pleystein werden seit langem bleifreie Werkstoffe unter anderem zur Fertigung von Armaturen- und Fitting-Teilen getestet – mit dem ernüchternden Ergebnis: Standardwerkzeuge aus der herkömmlichen Messingzerspanung sind für deren Bearbeitung untauglich und ermöglichen keine sinnvolle Fertigung. 

Wir werden die Zerspanung bleifreier Kupferwerkstoffe gemeinsam mit Kunden und Partner weiter optimieren.

Bernhard Vater, Leiter Konstruktion bei der Leistritz Produktionstechnik GmbH

Leistritz hat die Lösung

Die von uns im Jahr 2017 ins Leben gerufene Tools Academy war die Idee, gemeinsam mit Partnern an einer Lösung für das bleifreie Zerspanen von Messing zu forschen. Dabei wurde ein erfolgreiches Konzept für die komplette Werkstückbearbeitung sowie mit Lösungsansätzen für Werkstoffe und Beschichtungen entwickelt. Bei der Veranstaltung nahmen Maschinenbediener, Produktionsverantwortliche und Konstrukteure teil. Dabei wurden bessere Ergebnisse bei der Werkstückzerspanung erzielt, indem die Werkzeuggeometrien optimiert und eine spezielle BALINIT®-HARD-CARBON-Beschichtung verwendet wurde.

Modifizierte Schneidengeometrien und Spezialbeschichtung

In neuen Anläufen haben wir bleiarmes Messing des Werkstoffs CW 511 L (CuZn38As) im Sechs-Spindler zerspant und modifizierte Schneidengeometrien mit verschiedenen Span- und Freiwinkeln sowie eine darauf abgestimmte Beschichtung für die Flachformeinsätze zur Außen- und Innenbearbeitung genutzt. So ließen sich Werkstücke mit guter Oberflächenqualität herstellen. Die Spanbildung verbesserte sich, auch wenn weiterhin Optimierungsbedarf in Bezug auf den Spanbruch bestand. 

Weniger Verschleiß und besserer Spanfluss

Zudem wiesen die Werkzeuge nach rund 500 Werkstücken keinerlei optisch erkennbaren Verschleiß auf – eine Folge des Einsatzes von BALINIT® HARD CARBON. Die besonders harte und verschleißfeste ta-C-Schicht lässt sich – anders als Diamantschichten – auf jedes gängige Hartmetall aufbringen. Auch bringt sie ideale Eigenschaften für die Zerspanung von Nichteisenmetallen mit: beste Gleitfähigkeit und Schutz gegen Adhäsion bei einer hohen thermischen Stabilität sowie hohe Härte mit entsprechendem abrasivem Schutz. Dies bewirkt einen besseren Spanfluss, mehr Produktivität und Prozesssicherheit. Mit einer Schichtdicke von nur 1 Mikrometer (μm) werden Geometrie und Schneidkanten des Werkzeugs zudem nicht beeinflusst.

Wir haben wertvolle Kenntnisse gewonnen, die übrigens auch von wissenschaftlicher Seite bestätigt wurden. Damit können wir die Zerspanung bleifreier Kupferwerkstoffe gemeinsam mit Kunden und Partnern weiter optimieren – auf Basis eines umfassenden Werkzeugkonzepts, das die Bearbeitung und Fertigung der Produkte unserer Auftraggeber komplett abdeckt.

Leistritz Produktionstechnik GmbH