Beschichtete Drahtziehmatrize mit TiN- und TiAlN-Kombination übertrifft herkömmliche Matrizen beim Ziehen von Kohlenstoffstahl

Ein deutscher Werkzeughersteller hat eine Lösung vorgestellt, die diese Herausforderung gezielt angeht. Ihre neue beschichtete Drahtziehmatrize verwendet eine zweischichtige PVD-Beschichtung, die Titannitrid (TiN) und Titanaluminiumnitrid (TiAlN) in einer bestimmten Reihenfolge kombiniert. Die innere TiN-Schicht stellt eine harte, reibungsarme Basis dar, die die anfängliche Ziehkraft reduziert, während die äußere TiAlN-Schicht bei hohen Temperaturen einen schützenden Aluminiumoxidfilm bildet – eine selbstadaptive Barriere, die tatsächlich härter wird, wenn Reibung die Matrizenoberfläche erwärmt. In parallelen Mühlenversuchen, bei denen 0,8 mm Kohlenstoffstahldraht mit 20 m/s gezogen wurde, produzierten die TiN/TiAlN-beschichteten Matrizen 110 Tonnen Draht, bevor messbarer Verschleiß auftrat, verglichen mit nur 38 Tonnen bei unbeschichteten Hartmetallmatrizen und 62 Tonnen bei einschichtigen TiN-beschichteten Matrizen.

Der Leistungsunterschied ist noch deutlicher, wenn Draht mit Oberflächenzunder oder geringfügigen Mängeln gezogen wird. Die Beständigkeit der TiAlN-Außenschicht gegenüber Mikroabrieb verhindert das lokale Abrieb, das häufig zu Riefenbildung und Brüchen auf der Drahtoberfläche führt. Ein deutscher Federdrahthersteller meldete nach der Umstellung auf die TiN/TiAlN-Matrize eine Reduzierung der Drahtbrüche pro Tonne um 45 %, was sich direkt in weniger Produktionsausfällen und weniger Ausschuss niederschlug.

Diese Technologie wird mittlerweile auch in anderen Anwendungen als Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt eingesetzt. Bei Nickel-Drahtziehmatrizen , bei denen die weiche, gummiartige Beschaffenheit von Nickel zu Haftung und Aufbauschneidenbildung führt, reduziert die TiN/TiAlN-Beschichtung den Reibungskoeffizienten von 0,6 auf 0,25 und ermöglicht so eine höhere Reduzierung pro Durchgang ohne Oberflächenrisse. Ein Hersteller von Nickellegierungen in Ohio steigerte seine Ziehgeschwindigkeit von 6 m/s auf 9 m/s, nachdem er seinen gesamten Düsensatz mit der neuen Beschichtung nachgerüstet hatte – eine Produktivitätssteigerung von 50 % durch die Aufrüstung einer einzigen Düse.

Die beschichteten Matrizen erweisen sich auch bei verzinkten Drahtziehmatrizen als wirksam , einer bekanntermaßen schwierigen Anwendung. Die Zinkbeschichtung ist weich und neigt zum Verschmieren, wodurch die Matrizenlager verstopfen und eine ungleichmäßige Beschichtungsdicke entstehen kann. Die Antihafteigenschaften der TiAlN-Außenschicht tragen dazu bei, Zinkrückstände zu entfernen, wodurch die Lebensdauer der Matrize zwischen den Reinigungen von 8 Stunden auf über 40 Stunden verlängert wird. Ein belgischer Hersteller von verzinktem Draht berichtete, dass die beschichteten Matrizen ihre Produktion zwischen den Matrizenwechselzyklen verdreifachten und so die Arbeitskosten für die Reinigung und Neuausrichtung der Matrizen senkten.

Der Aufpreis für die mit TiN/TiAlN beschichtete Matrize ist ungefähr doppelt so hoch wie für eine unbeschichtete Hartmetallmatrize, aber die verlängerte Matrizenlebensdauer – oft drei- bis viermal länger – und die verbesserte Drahtoberflächenqualität machen die Wirtschaftlichkeit attraktiv. In einer Branche, in der Ausfallzeiten mehr kosten als die Matrize selbst, ist ein Werkzeug, das lange genug hält, um eine komplette Produktionsschicht zu rechtfertigen, jeden zusätzlichen Euro wert.