Zerspanungswerkzeuge

Höhere Effektivität durch beschichtete Zerspanungswerkzeuge

08.09.2010 | Autor / Redakteur: Eckhard Wißuwa und Stefan Scholze / Rüdiger Kroh

Die Bohrversuche des Projekts wurden an einer AlSi-Gusslegierung mit einem Vollhartmetallbohrer durchgeführt. Bild: Hochschule Mittweida

Der zunehmende Anteil schwerzerspanbarer Werkstoffe führt zu höherem Werkzeugverschleiß und geringeren Standzeiten. Diese Probleme lassen sich durch Verbesserungen beim Schneidstoff, der Beschichtung oder der Makro- und Mikrogeometrie der Schneide beseitigen.

Einerseits bringt die große Innovationsrate auf dem Gebiet der Werkstofftechnik immer wieder neue Werkstoffe und Werkstoffverbunde hervor, welche auf die Anwendung sowie Produkteigenschaften der Bauteile abgestimmt sind. Andererseits nimmt der Anteil schwerzerspanbarer Werkstoffe wie Titan- und Nickelbasislegierungen sowie partikelverstärkter Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe zu.

Für die Bearbeitung dieser Werkstoffe nehmen die Verfahren der geometrisch bestimmten Schneide nach wie vor eine dominierende Stellung ein. Diese begründet sich unter anderem in der hohen Produktivität (große Zeitspanungsvolumen), einer ansprechenden Qualität am Werkstück (Absicherung der Oberflächenqualität, Maß- und Formgenauigkeit) sowie einer hohen Energieeffizienz (große Spanungsdicken und energiespezifische Zeitspanungsvolumen), die diese Verfahren ermöglichen.

Schwerzerspanbare Werkstoffe erhöhen den Werkzeugverschleiß

Aber es entstehen auch erhebliche Probleme hinsichtlich einer effektiven und prozesssicheren Fertigung. Diese sind zum Beispiel höherer Werkzeugverschleiß, geringere Standzeiten und damit steigende Werkzeugkosten. Bild 1 zeigt die Ausbildung der Aufbauschneide an einem Drehwerkzeug. Der Verschleiß betrifft sowohl die Genauigkeit der gefertigten Formelemente als auch die Oberflächengüte. Bild 2 (siehe Bildergalerie) zeigt die durch den Verschleiß am HSS-Bohrer verursachten Maßabweichungen und Lagegenauigkeiten.

Aus dieser Situation heraus werden ständig neue Entwicklungsanforderungen an die Werkzeugtechnik gestellt, die eine Lösung erfordern. In Verbindung mit angepassten Schnittwerten beziehen sich gegenwärtige Lösungsansätze (Bild 3) vor allem auf das Schneidteil. Einige Beispiele dafür seien kurz angesprochen.

Neue Schneidstofflegierungen für schwerzerspanbare Werkstoffe entwickelt

Um den Gegensatz von entweder harten und verschleißfesten oder zähen und weniger verschleißfesten Schneidstoffen zu minimieren, werden neue Schneidstofflegierungen entwickelt. Dabei kommt den Hartmetallen in der spanenden Bearbeitung die größte Bedeutung zu. Durch Variation der Korngröße, der Legierungselemente sowie des Anteils und der Art des Binders werden bestimmte Eigenschaften wie Härte, Druckfestigkeit, E-Modul gezielt eingestellt.

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