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Materials Schweiz
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Mit innovativen Werkstoffen die Umwelt schonen
Blei wirkt schädlich auf die Natur und die Gesundheit. Es ist toxisch, verunreinigt Boden und Wasser, schädigt Tiere und auch Menschen. Um das zu vermeiden, sind wir gefordert, künftig auch bei spanend zu bearbeitenden Werkstoffen auf Blei als Legierungselement zu verzichten.
SMM Schweizer Maschinenmarkt / Ausgabe 8 / Mai 2023 / Jürgen Fredel
Blei (Pb) vereinfacht erheblich die Zerspanung. Es sorgt für einen guten Spanbruch und wirkt leicht schmierend. Zahlreiche bereits verfügbare bleifreie, bleiarme und kostengünstige Substitute erhöhen jedoch den Werkzeugverschleiss. Dies aufgrund Aufschmierungen, welche beim Fertigen lange Band- oder Wirrspane erzeugen und einen sicheren Produktionsprozess oft unmöglich machen. Es gibt aus Sicht der Werkstoffspezialisten bei thyssenkrupp Materials Schweiz noch weitere Kriterien, die einen unverzüglichen Wechsel auf bleifreie Werkstoffe verzögern. Klar ist jedoch, dass Fertigungsunternehmen demnächst konsequent ihre Werkstoffwahl an bleifreien Produkten orientieren. Es wird wohl auch in Zukunft Ausnahmen geben, zum Beispiel den Automobilbereich, der Bleizusätze akzeptieren kann oder sogar muss, solange diese nicht komplett verboten sind. Doch ist sicher, dass künftig zunehmend bleifrei gefertigt werden muss.
Alternativen bereits verfügbar
Um bleifreie Werkstoffe zu etablieren, benötigt es gute Vorbilder. Dazu gehören vor allem Markt- und Produktführer (OEM) in der Industrie, welche den Weg mutig und entschlossen vorangehen. OEM mit ihren klaren Vorstellungen für nachhaltige Produkte sind gefordert, den grünen Weg im Produktdesign und in der Konstruktion konsequent zu beschreiten und die Möglichkeiten von Lead-Free-Produkten zu nutzen. Es gibt nach wie vor nötige Ausnahmen für Anwendungen, die schwierig zu bewältigen sind und die weitere Abklärungen erfordern. Aber Alternativ-Produkte, zum Beispiel der Aluminium-Werkstoff EN AW-6026LF, sind entwickelt und funktionieren hinsichtlich der Zerspanbarkeit wie bisherige, mit Blei legierte Werkstoffe. Die thyssenkrupp Materials Schweiz stellt hohe Erwartungen an den Aluminium-Werkstoff EN AW-6026 LF (Lead-Free). Der Werkstoff weist unter den aushärtbaren Aluminiumlegierungen hohe Festigkeitswerte auf und besitzt eine gute Korrosionsbeständigkeit. Der Werkstoff ist gut zerspanbar und findet zum Beispiel Anwendung in der Architektur und in der Automobil- und Schienenfahrzeugindustrie. Die Legierung EN AW-6026 LF ist warm ausgehärtet und eignet sich gut für dekoratives Anodisieren. Aufgrund des ab-gesenkten maximal zulässigen Bleigehalts ist die-se Legierung RoHS- und REACH-konform. Legierungen mit einem Bleigehalt ≤ 0,1 Prozent sind sowohl REACH- als auch RoHS-konform. Der Werkstoff ist gemäß DIN EN 602 nicht für den Einsatz in Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen.
Modifizierte Werkzeuge entwickeln
Die Hochleistungszerpanung hat sicherlich grosse Herausforderungen vor sich und wird weiter innovativ sein. Allerdings will niemand aufgrund eines Zusatzes wie Blei weniger effizient und produktiv bearbeiten. Blei ist ein über viele Jahre akzeptiertes und unbestritten einsetzbares Legierungselement. Es vereinfachte die spanende Bearbeitung. Fertigungsunternehmen wollen selbstverständlich auch ohne Blei auf gleichem Niveau hinsichtlich Produktivität und Prozesssicherheit arbeiten. Werkzeughersteller entwickeln fortlaufend innovative und zukunftsweisende Werkzeuge. Aktuell können sie schon ausgeklügelte Werkzeuge bereitstellen, welche die Vorteile von Blei im Werkstoff fast vollständig wettmachen. Modifizierte Schneidengeometrien mit entsprechenden Span- und Freiwinkeln sowie eine darauf abgestimmte Beschichtung sind technologisch bereits gut entwickelt.
In der Fertigung optimieren
Klar ist auf jeden Fall, dass Fertigungsbetriebe ihre Bearbeitung anpassen und intensiv nachjustieren müssen. Detaillierte Tests und Anpassungen der Technologieparameter sind erforderlich. Nur so können Fertigungsunternehmen wiederum ihre Bearbeitung entsprechend den besonderen Bedingungen bei bleifreien Werkstoffen optimieren. Allerdings wird früher oder später ohnehin eine gesetzgeberische Regelung den Einsatz bleifreier Werkstoffe vorgeben. Vielleicht eröffnen sich dem einen oder anderen Betrieb durch eine systematische Vorgehensweise unerwartete Wettbewerbsvorteile. Beim Fertigen von Komponenten aus Kupfer für die Elektromobilität, zum Beispiel Motoren, Ladesäulen, Kontakten und Steckverbindern, haben die Spezialisten von thyssenkrupp Materials Schweiz zusammen mit Fertigungsunternehmen bereits praxisgerechte Verfahren verwirklicht. Für sämtliche Bearbeitungen stehen geeignete Werkzeuge zur Verfügung. Diese können anhand der Erfahrungen in den Fertigungsunternehmen weiter optimiert werden.
Green Alloys ohne Nickel, Zinn und Blei
Als Green Alloys bezeichnet man Werkstoffe, die wenig oder gar kein Nickel, Zinn oder Blei enthalten. Somit schonen sie in der Herstellung und im Recycling die Umwelt. Beispielsweise die nickelfreie Aluminiumbronze Albromet 200 gehört zu den Green Alloys mit exzellenten technischen Eigenschaften. Bewährt hat sie sich im Maschinen-, Flugzeug- und Schiffsbau, in der Wasserversorgung sowie in der Petrochemie und der Kunststofftechnik. Da völlig nickel-, zinn- und bleifrei, ist Albromet 200 für die Nahrungsmittelindustrie zugelassen. Als künftig vielseitig nutzbarer Werkstoff in der Kategorie Green Alloys steht bereits die Messing-Legierung CuZn21Si3P (Ecobrass) zur Verfügung. Das bleifreie Sondermessing ist konform zu Vorgaben nach RoHS und ELV. Es ist gut beständig gegen Korrosion und gut spanend zu bearbeiten. Es eignet sich zum Gesenkschmieden sowie zum Drehen. Dafür sind Halbzeuge als Stangen, Drähte, Rohre und Profile verfügbar.