Blei ist aus vielen Bereichen des Alltagslebens nahezu vollständig verschwunden.
Blei ist aus vielen Bereichen des Alltagslebens nahezu vollständig verschwunden. Die Nachfrage nach bleifreien Anwendungen steigt kontinuierlich – ebenso wie die Bemühungen, Blei vollständig aus dem Materialkreislauf zu verbannen. In den letzten Jahren wurden die gesetzlichen Anforderungen weiter verschärft. Die Bearbeitung bleihaltiger Messinglegierungen stellt Hersteller und Anwender vor neue Herausforderungen: Eine deutliche Reduktion oder der völlige Verzicht auf Blei beeinträchtigt die Zerspanbarkeit dieser Legierungen erheblich. Das Problem ist bereits seit einigen Jahren bekannt, und auch ich versuche seit Langem, einen Beitrag zur Lösung der Herausforderungen rund um die Bearbeitung von sogenanntem "bleifreiem“ oder “ecobrass”.
Meine Recherchen haben mich dazu gebracht, weltweit Studien und Forschungsergebnisse zu analysieren, um nützliche Daten und Informationen zu sammeln. Wie so oft bei komplexen Problemen gibt es keine einfache Patentlösung. Nur durch ein Zusammenspiel verschiedener Ansätze kann die Zerspanbarkeit bleifreier Werkstoffe verbessert werden. Wenn du möchtest, nehme ich dich mit auf meine Reise durch internationale Quellen und Studien, um das Thema bleifreies Messing noch genauer zu beleuchten.
Beginnen wir mit einer Studie aus Deutschland.
Ein AIF-Forschungsprojekt in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Kupferinstitut (DKI), dem Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, sowie Partnern aus der Industrie – darunter Werkzeughersteller Schwartz, Willy Kreutz GmbH & Co. KG und Aurubis Stolberg GmbH & Co. KG. Ziel war es, die Zerspanbarkeit von bleifreien und bleiarmen Legierungen deutlich zu verbessern.
Zum Einsatz kamen besonders feine Werkzeuge in Langdrehmaschinen. In mehreren Testzyklen wurden folgende Parameter variiert:
- die Schnittgeschwindigkeit
- Vorschub
- Kühlschmierstrategie (konventionelle Kühlung mit Emulsion und Öl, Minimalmengenschmierung mit Öl und Trockenbearbeitung)
Bewertet wurden:
- Spanform
- Werkzeugverschleiß
- Oberflächenqualität
- Gratbildung
Das getestete Material war BlueBrass (CuZn42 mit < < 0,10 % Pb) von Aurubis Stolberg. Dieses bleifreie Messing wurde mit einer bleihaltigen Legierung (MS 58 / CuZn39Pb3) sowie einer weiteren bleifreien Variante (CuZn37) verglichen.
„Schon bei den ersten Versuchen zeigte sich, dass mit Standardwerkzeugen keine Fortschritte bei der Bearbeitung bleifreier Kupferlegierungen möglich waren. Es entstanden lange, verschlungene Späne, die den automatisierten Prozess behinderten und die Prozesssicherheit massiv beeinträchtigten. Hinzu kam ein extremer Werkzeugverschleiß aufgrund starker Gratbildung. Spanbruchprobleme, Schneidkantenabbrüche bis hin zum Totalausfall der Werkzeuge waren die Folge. Zwar ließ sich die Spanbildung durch Anpassung der Schnittparameter verbessern, doch die geringe Bauteilgröße setzte dem enge Grenzen.“
Werkzeugoptimierung: Der wirkungsvollste Ansatz zur Bewältigung dieser Herausforderungen war die Optimierung der Werkzeuggeometrie, mit dem Ziel: kurze Späne, lange Standzeiten und hohe Effizienz.
Testergebnisse: Die optimierten Werkzeuge konnten über 120.000 Bauteile aus BlueBrass fertigen – mit gleichbleibend guter Oberflächenqualität und kurzen Spänen. Selbst bei starkem Verschleiß eigneten sie sich weiterhin für Schrupparbeiten.
Verbesserungen durch DLC-Beschichtung
Die Anwendung spezieller Beschichtungen – insbesondere DLC (Diamond-Like Carbon) – führte zu weiteren Verbesserungen. Materialanhaftungen wurden reduziert und die Standzeit der Werkzeuge verlängert.
Fazit: Die Ergebnisse des Projekts zeigen: Ein erfolgreicher Übergang von bleihaltiger zu bleifreier Zerspanung ist möglich, sofern die richtigen Strategien in Bezug auf Werkzeug- und Prozessoptimierung eingesetzt werden.
Ist das die endgültige Lösung? Wahrscheinlich nicht.
Es ist nur eine Etappe auf einer längeren Reise – mit vielen Haltestellen und Variablen. Nur wenn wir alle Puzzleteile zusammenfügen, lässt sich eine umfassende Antwort auf das Problem finden.
Als Maschinenbauer, spezialisiert auf die Herstellung von Anlagen zur Bearbeitung von Kugeln, nähere ich mich dem Thema aus meiner Perspektive – und entwickle Lösungen, die sich auf die Maschine selbst konzentrieren, z. B. bessere Ergonomie oder optimierte Schmierung.
Jeder Anwendungsfall bringt jedoch seine eigenen Anforderungen mit sich – und muss individuell betrachtet werden.
SOURCE : https://www.zerspanungstechnik.de/blog/2014/04/08/bleifreies-messing-effizient-zerspanen/