Aus dem Drehkästchen geplaudert

Serienmäßige mechanische Bearbeitung von Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffen

Drehen, Fräsen oder Bohren – längst hat die mechanische Bearbeitung von Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffen bei CEP Freiberg Seriencharakter angenommen. CEP DISCUP^® und Co. werden bei uns auf modernen, teilautomatisierten Maschinen zerspant. Zum einen ist das zur Herstellung der Blöcke nötig, dem Vormaterial für das Verbundrohr CEP DISCUP^®+Cu. In einem früheren Beitrag berichteten wir davon. Zum anderen fällt mechanische Bearbeitung bei unseren Fertigprodukten an, etwa bei den Stromkontaktdüsen. Beide Arten von Werkstücken sind sehr unterschiedlich. Welche Erfahrungen haben wir mit ihnen gewonnen?

So werden große Einzelteile bearbeitet …

Ist vom Block die Rede, dann geht es hier in erster Linie um dessen zylindrischen Kern. Nur er besteht aus Kupfer-Hochtemperaturwerkstoff:

• 50 Zentimeter Länge,
• 30 Millimeter Durchmesser.

Damit er in den Mantel aus reinem Kupfer eingebracht werden kann – durch hydrostatisches Strangpressen soll aus dem Block ja letztlich ein Verbundrohr werden –, muss die gesamte Oberfläche des Kerns sorgfältig überdreht werden. Ist er dann drinnen, wird er aufgebohrt. Die erste der Arbeiten führen wir auf einer CNC-Drehmaschine des Fabrikats CMZ TA aus. Sie kann auch größere Werkstücke bearbeiten. Bestückt wird sie automatisch mittels eines Portalladesystems. Die zweite Arbeit erledigt eine spezielle Tieflochbohrmaschine. Auch sie wird demnächst mit einer automatischen Bestückung versehen. Zwar geht es hier um eher kleine Serien; die etwa 15 Kilogramm schweren Blöcke manuell zu laden und zu spannen, ist dennoch keine reine Freude.

… und so Kleinteile von der Stange

Die Fertigung von Kleinteilen aus langem schlankem Halbzeug wie etwa die von Stromkontaktdüsen hingegen erfolgt auf Langdrehautomaten, unter anderem in einem Bearbeitungszentrum des Fabrikats Citizen K16. Es verarbeitet Rohre und Stangenmaterial von

• 320 Zentimeter Länge und
• 16 Millimeter Durchmesser.

In einer Aufspannung bewerkstelligt die Maschine automatisiert das Drehen, Fräsen, Gewindeschneiden und Bohren. Von einer Sorte Fertigteil werden dabei Serien mit mehreren hundert oder gar tausend Stück gefertigt. Verarbeitet wird sowohl Verbundrohr CEP DISCUP^®+Cu als auch massiver Kupfer-Hochtemperaturwerkstoff. Beim Verbundrohr arbeitet die Maschine dabei naturgemäß im Mantel aus Reinkupfer, wogegen der harte Kern fast unberührt bleibt. Interessanter für das heutige Thema ist daher die massive Variante. Insbesondere, wenn es um Stromkontaktdüsen geht, ist hier Einiges an Bearbeitung vonnöten: vom Drehen der Grundkontur über das Einfräsen der Schlüsselflächen, das Schneiden des Feingewindes zum Einschrauben der Düse und das Einbringen der Tieflochbohrung für die Drahtführung bis hin zum Abstechen des fertigen Teils von der automatisch nachrückenden Stange.

Besser als Kupfer

Die Praxis zeigt, dass sich der Kupfer-Hochtemperaturwerkstoff auch unter den Bedingungen der Serienfertigung hervorragend verarbeiten lässt. Ja, es lässt sich sogar sagen: Bei großen Stückzahlen kommen die guten Zerspanungseigenschaften des Materials erst voll zur Geltung. Man kann die gleichen Werkzeuge verwenden wie für Kupfer, dabei aber eher noch robuster vorgehen, also mit größerer Drehzahl und größerem Hub. Der Werkstoff nimmt es nicht übel, im Gegenteil: Als ausgesprochener „Kurzspaner“ scheint er wie geschaffen für die mechanische Bearbeitung zu sein. Feinkonturen lassen sich anstandslos erzeugen; nirgendwo bricht der Werkstoff aus oder bereitet mit einer rauen Oberfläche Probleme. Die guten Bearbeitungseigenschaften gelten übrigens gleichermaßen für alle von CEP Freiberg angebotenen Werkstoffqualitäten von CEP DISCUP^®, die ja unterschiedliche Festigkeiten und Härten aufweisen. Erst wenn man mithilfe mikrolegierungstechnischer Maßnahmen die Werte der festesten und härtesten Werkstoffvariante (C3/11-M) deutlich überschreitet, ist es aus mit der Zerspanung. Wir haben es probiert. In dem Fall käme dann die Erodiermaschine zum Einsatz.

Auch in großer Tiefe gut

Als pulvermetallurgischer Werkstoff kennt CEP DISCUP^® keine Verformungstextur wie etwa gezogenes oder gewalztes Material. Eine solche Textur kann bei der mechanischen Bearbeitung ungewollt Spannungen auslösen, was zu minimalen Verwerfungen des Werkstücks führt. Bei heiklen Bearbeitungsvorgängen wie dem Tieflochbohren wird so etwas selbst mit hochpräziser Maschinentechnik zum Problem. Sowohl beim Aufbohren der Blockkerne als auch bei dem der Stromkontaktdüsen muss mit Länge-Bohrlochdurchmesser-Verhältnissen von

l/D ≤ 30/1

gearbeitet werden. Das reicht ans Doppelte des nach landläufiger Meinung „Zulässigen“ heran, wenn man will, dass die Bohrung zentrisch bleibt. Aber der Kupfer-Hochtemperaturwerkstoff lässt es zu.

Genau so wie Kupfer

Wegen der guten Bearbeitungsfähigkeit kann das Spannen von Werkstücken aus Kupfer-Hochtemperaturwerkstoff ebenso sanft erfolgen wie das von solchen aus Kupfer. Für beide Werkstoffe benutzen wir reines Schneidöl, keine Kühlschmiermittel-Emulsion. Man kann auch die gleichen Werkzeuge verwenden, der Verschleiß ist nicht höher. Man kann sogar bedenkenlos dieselben Werkzeuge verwenden. Kupfer-Hochtemperaturwerkstoff und Kupfer schaden sich nicht gegenseitig. Zu 99 Prozent haben sie ja die gleiche Zusammensetzung. Das gilt auch für die Spänekiste. Abschließend dazu eine kleine Randnotiz, das Thema Ressourcenschonung betreffend: Bei CEP Freiberg werden die Späne zu einfach recyclebaren Briketts verarbeitet. Das Schneidöl wird dabei großenteils ausgepresst und der Wiederverwendung zugeführt.