precisiebewerking van
superlegeringen met horn

vijzen van kobalt-chroom voor endoprothesen

De bewerking van superlegeringen behoort tot de dagelijkse activiteiten bij Hymec, een onderneming gespecialiseerd in medisch-technische producten, losse producties en veeleisende kleine series. Kobalt-chroom is een van de best presterende materialen voor endoprothesen. Bij de bewerking van kobalt-chroomlegeringen worden zeer hoge eisen aan het gereedschap gesteld. Al 30 jaar werkt Hymec nauw met HORN samen.

Tibor Veres, de algemeen directeur van Hymec, zet al 30 jaar in op het gereedschap van Paul Horn voor de verspaning van superlegeringen. Het precisiegereedschap van HORN wordt ook gebruikt voor het stoten van binnenzeskanten op implantaatschroeven van kobalt-chroom voor modules van knieprothesen. Hymec produceert de schroeven in diverse bekwijdtes: 2,5 mm, 3,5 mm en 5 mm. De binnenzeskant wordt als passing met een kleine tolerantie geproduceerd, zodat de schroef bij het indraaien strak in de inbussleutel zit. Daarnaast moet het oppervlak van onberispelijke kwaliteit zijn, omdat geringe gleuven en bramen al kiemhaarden kunnen vormen. Jaarlijks produceert het bedrijf 5.000 schroeven van dit type. Ruimen in serie is uitgesloten. “Een zeskant van titanium kan relatief eenvoudig met profielruimen worden geproduceerd. Bij kobalt-chroom is ruimen in serie vanwege de hoge sterkte nauwelijks mogelijk en is de slijtage van het gereedschap aanzienlijk”, zegt Veres.

Vanwege deze problemen stelde HORN voor de binnenzeskanten door stoten te produceren. Deze procedure zorgt voor een hoge precisie en een hoge procesveiligheid, omdat de snijgeometrie en het hardmetaalsubstraat gemakkelijk aan het materiaal kunnen worden aangepast. De eerste testen leidden al snel tot de gewenste oplossing.

Het stoten gaat als volgt: een volhardmetalen boor van het HORN-systeem DD boort een gat met een diameter van 4,9 mm in de schroefkop. De boor met interne koelmiddeltoevoer behoort tot het standaardassortiment met een geometrie voor roestvrijstalen. De aansnijconus van de blindgatboring dient als uitloop- of vrijloopzone van het stootgereedschap. Vanwege de geringe hoogte van de schroefkop was een vrijsteek als uitloop niet mogelijk. De binnenzeskant met een sleutelwijdte van 5 mm wordt gestoten met een Supermini van het type N105 op een CNC-draaimachine van Mori Seiki. De aanvoerbeweging van de slagen is 0,02 mm. De spankop draait verder tussen de vlakken door. De bewerking duurt ongeveer twee minuten.

Veres is tevreden over het resultaat: “Het gereedschap is zeer precies en na een wissel is nauwelijks een correctie nodig. Bovendien zijn we zeer tevreden over de bereikte standtijd van 100 schroeven per snede.” De oppervlaktekwaliteit van de binnenzeskant is zo goed dat het oppervlak niet meer nabehandeld hoeft te worden. Het harde en stevige materiaal kobalt-chroom vereiste een aanpassing van de snijgeometrie, het hardmetaalsubstraat, de coating, de bewerkingsomstandigheden en de koelsmering. De harde deeltjes in de legering veroorzaken slijtage door
schuren en kolkvorming en bovendien vormde de koudverharding van het oppervlak een probleem. Het gereedschapsmes is, net zoals bij de verspaning van titanium, scherp geslepen en niet afgerond, maar in tegenstelling tot de titaniumbewerking is de snijwig stabieler. Als hardmetaalsubstraat wordt een stevige, zeer fijne korrel gebruikt. De coating van het gereedschap moet hard en hittebestendig zijn. Verder is de juiste koelsmering een belangrijke voorwaarde voor de succesvolle verspaning van de superlegering. Bovendien stelt de hoge materiaalprijs hoge eisen aan de procesveiligheid van het gebruikte gereedschap. HORN bewijst met de toepassing van het stootproces opnieuw zijn knowhow bij de precieze bewerking van superlegeringen. Door eigen onderzoek en ontwikkeling ontwerpt de onderneming continu nieuwe substraten, geometrieën en coatings voor de voordelige bewerking van moeilijk verspaanbare materialen. De grote productiediepte biedt het voordeel dat HORN alle processtappen van de gereedschapsproductie, van poeder tot coating, volledig kan beïnvloeden.