Ein Diamantwerkzeug richtig spezifizieren: Eckenradius, Spanwinkel, Freiwinkel und Welligkeit

Die Teile eines Diamantwerkzeugs

Ein Diamantwerkzeug ist ein kleiner Diamant, auf einen Schaft gelötet oder geklemmt und zu einer Schneide poliert. Die obere Fläche, über die der Span läuft, ist die Spanfläche. Die Fläche unter der Schneide, die zur bearbeiteten Oberfläche zeigt, ist die Freifläche. Die Kante, an der beide zusammentreffen, ist entweder rund, mit einem Eckenradius, oder spitz, mit einem Spitzenwinkel. Fast alles, wie das Werkzeug schneidet, folgt aus diesen wenigen Merkmalen.

Eckenradius und Vorschub: was die Oberfläche bestimmt

Ein Werkzeug mit Radius hinterlässt bei jeder Umdrehung eine winzige Rille. Ihre theoretische Höhe (Spitze zu Tal) beträgt ungefähr:

Rillenhöhe ≈ Vorschub² ÷ (8 × Eckenradius)

Beispiel: Ein Eckenradius von 0,5 mm bei 0,01 mm Vorschub pro Umdrehung ergibt eine theoretische Rille von etwa 25 Nanometern, weit unter dem, was das Auge sieht. Halber Vorschub viertelt die Rille; doppelter Radius halbiert sie. Die reale Oberfläche hängt auch von Werkstoff, Schneidenqualität und Maschine ab, aber diese Regel erklärt, warum für Spiegeloberflächen feine Vorschübe und großzügige Radien verwendet werden.

• Größerer Radius: glattere Oberfläche bei gleichem Vorschub, toleranter, erreicht aber keine kleinen Radien oder scharfen Innenecken am Teil.
• Kleinerer Radius: erreicht feine Details und steile Flanken, braucht aber feineren Vorschub für dieselbe Oberfläche und verträgt weniger Last.
• Spitze (V-)Werkzeuge: bestimmt durch den Spitzenwinkel, zum Beispiel 60° oder 90°. Für Nuten, Fresnel-Strukturen und Zierlinien; die Spitze ist die schwächste Stelle.

Spanwinkel

Der Spanwinkel ist die Neigung der Spanfläche gegenüber einer Linie durch Schneide und Werkstückmitte.

• 0° Spanwinkel: die übliche Wahl für Diamantwerkzeuge auf Aluminium, Kupfer, Messing, Edelmetallen und Kunststoffen. Er verbindet Schneidenstabilität mit sauberem Schnitt.
• Negativer Spanwinkel (zum Beispiel −25°): für spröde Werkstoffe wie Germanium und Silizium. Er drückt das Material an der Schneide zusammen, sodass es als feiner Span abgeht, statt zu reißen.
• Positiver Spanwinkel: schneidet leichter mit geringeren Kräften, manchmal bei weichen oder schmierenden Werkstoffen, aber die Schneide ist schwächer und bricht leichter aus.

Freiwinkel

Der Freiwinkel verhindert, dass die Fläche unter der Schneide auf der bearbeiteten Oberfläche reibt. Er muss für die steilste zu bearbeitende Stelle groß genug sein, sonst berührt die Freifläche und beschädigt die Oberfläche. Jedes zusätzliche Grad nimmt der Schneide aber Stütze. Diamantwerkzeuge haben typischerweise einen Freiwinkel von wenigen Grad bis etwa zehn bis fünfzehn Grad, passend zum Teil.

Die Freifläche kann konisch oder zylindrisch sein. Ein konischer Freiwinkel fällt von der Schneide ab und ergibt ein schärferes Werkzeug; ein zylindrischer behält unter der Schneide dieselbe Form, ist steifer und hält seinen Radius nach dem Nachläppen besser.

Schneidenwelligkeit

Die Welligkeit beschreibt, wie weit eine runde Schneide von einem perfekten Kreis abweicht. Bei dekorativen Arbeiten spielt sie selten eine Rolle. In der Optik und bei Linsenformen bildet sich die Schneidenform direkt in der Oberfläche ab; optische Werkzeuge werden daher mit kontrollierter Welligkeit gefertigt und gemessen, typisch von etwa 1 µm bis 50 nm oder besser. Fordern Sie eine Welligkeit nur an, wenn Ihr Teil sie braucht: engere Welligkeit kostet mehr.

Spitzenhöhe und Einstellung

Die Werkzeugspitze muss genau auf Höhe der Spindelmitte stehen. Liegt sie darüber oder darunter, kann das Werkzeug beim Plandrehen nicht bis zur Mitte schneiden und hinterlässt einen kleinen Zapfen oder Ring, und die wirksamen Span- und Freiwinkel ändern sich. Bei Diamantwerkzeugen muss die Einstellung sehr genau sein. Werkzeuge mit enger Toleranz der Spitzenhöhe und fein verstellbare Halter erleichtern das erheblich.

Kristallorientierung

Diamant ist in manchen Kristallrichtungen härter als in anderen. Ein guter Werkzeughersteller richtet jeden Stein so aus, dass die Schneide in einer verschleißfesten Richtung arbeitet. Das spezifizieren Sie nicht selbst, aber es ist ein Grund, warum zwei Werkzeuge mit gleicher Geometrie sehr unterschiedlich lange halten. Siehe unseren Leitfaden zu Naturdiamant, MKD und CVD.

Typische Ausgangswerte

Das sind Ausgangswerte, keine Regeln. Die richtige Geometrie hängt von Teil, Maschine und Losgröße ab.

Was Sie uns für eine Bestellung schicken

• Den bearbeiteten Werkstoff und die gewünschte Oberfläche.
• Maschine und Werkzeughalter (Schaftmaß, Länge, besondere Spannung).
• Eine Zeichnung des Teils oder des Werkzeugs oder ein Muster oder Foto des heutigen Werkzeugs.
• Falls bekannt: Eckenradius oder Spitzenwinkel, Spanwinkel, Freiwinkel und für die Optik die Welligkeit. Sonst schlagen wir sie vor.

Was Bulunmaz macht

Bulunmaz fertigt monokristalline Diamantwerkzeuge aus Naturdiamant und MKD nach Radius, Winkeln und Schaft Ihrer Zeichnung, sendet vor der Fertigung eine Werkzeugzeichnung zur Freigabe und schleift die Werkzeuge nach, wenn die Schneide verschleißt. Siehe unsere Sonderwerkzeuge aus Diamant und Diamantdrehwerkzeuge für Optik und Linsenformen.