Automobil- und Luftfahrtindustrie

Schneidewerkzeugtypen und Betrachtung und Prüfung mittels Digitalmikroskop

Aufgrund der Anforderungen an hohe Festigkeit, hohe Genauigkeit und geringes Gewicht steigt die Nachfrage nach schwer zu schneidenden Werkstücken aus schwer zerspanbaren Materialien wie Hartmetall, hart-spröden Materialien und gehärtetem Edelstahl. Da schwer zu zerspanende Werkstoffe die Schneidwerkzeuge stark beanspruchen, ist es insbesondere erforderlich, die Kanten der Schneidwerkzeuge auf Verschleiß und Späne (Defekte) zu kontrollieren. In diesem Abschnitt werden die Arten von Schneidwerkzeugen zusammen mit Beispielen für deren Betrachtung und Analyse mit unserem Digitalmikroskop vorgestellt.

Was ist Schneiden?
Typische Zerspanungsverfahren und Schneidwerkzeuge
Typische Werkzeugmaterialien und deren Eigenschaften
Wendeschneidplatten
Beispiele für die Betrachtung und Prüfung von Schneidwerkzeugen mittels Digitalmikroskop

Was ist Schneiden?

Zerspanen ist ein Fertigungsverfahren, bei dem überschüssiges Material mit der Werkzeugschneide in Form von Spänen vom zu bearbeitenden Werkstück abgetrennt wird.
Ein anderes spanendes Fertigungsverfahren, das sogenannte Schleifen, schabt Oberflächen mit einem Schleifstein ab.

Prinzip des Zerspanens

Ein Schneidwerkzeug zerspant kontinuierlich das Werkstück und erzeugt Späne.
Im Idealfall werden die Späne auf kontinuierliche und reibungslose Weise erzeugt.

A: Unbearbeiteter Span

B: Span

C: Werkstück

D: Werkzeug

E: Spanwinkel

F: Spanfläche

G: Freifläche

H: Freiwinkel

Schnittbedingungen

Die Schnittgeschwindigkeit, die Vorschubgeschwindigkeit und die Schnittmenge sind entscheidende Faktoren für eine einwandfreie Zerspanung.

Schnittgeschwindigkeit = Schnittdistanz pro Minute (m/min)

Die Schnittgeschwindigkeit (m/min) bezieht sich auf die Distanz, die ein Werkzeug pro Minute schneidet.
Je höher die Schnittgeschwindigkeit, desto höher die Produktivität, umso kürzer jedoch die Lebensdauer des Werkzeugs.

A: Werkstück

B: Schnittdistanz pro Minute

Je höher die Schnittgeschwindigkeit,
desto höher die Produktivität, umso kürzer
*jedoch*
die Lebensdauer des Werkzeugs.

Vorschubgeschwindigkeit = Verfahrweg pro Umdrehung (mm/U)

Die Vorschubgeschwindigkeit (mm/U) bezieht sich auf die Distanz, die ein Werkzeug pro Umdrehung zurücklegt.
Mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit steigt die Produktivität, aber auch die Rauheit der Schnittfläche.

A: Eine Umdrehung

B: Werkstück

C: Verfahrweg pro Umdrehung

Mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit
steigt die Produktivität,
*aber*
auch die Rauheit der Schnittfläche.

Schnitttiefe = Schnittdistanz im Werkstück

Die Schnitttiefe bezieht sich auf die Distanz, die das Werkzeug in das Werkstück einschneidet.
Je größer die Schnitttiefe, desto höher die Produktivität. Die optimale Schnitttiefe wird jedoch bestimmt nach Art und Material des Werkzeugs.

Je größer die Schnitttiefe,
desto höher die Produktivität. Die optimale Schnitttiefe wird
*jedoch*
bestimmt nach Art und Material des Werkzeugs.

Typische Zerspanungsverfahren und Schneidwerkzeuge

Dieser Abschnitt beschreibt typische Zerspanungsverfahren, ihre Eigenschaften und die verwendeten Schneidwerkzeuge.

Drehen

Im Allgemeinen werden bei diesem Verfahren zylindrische oder scheibenförmige Werkstücke durch Drehen in runde Formen gebracht.

Bohren

Das Werkzeug dreht sich, um Löcher in die Oberfläche des Werkstücks zu bohren.

Bohren

Das Werkzeug dreht sich und bearbeitet die Innenseite von Bohrlöchern mit hoher Genauigkeit.

Räumen

Räumnadeln (Werkzeuge zur Endbearbeitung von Löchern) schneiden Werkstücke durch lineare Bewegung. Beim Räumen kann ein ganzer Prozess (bis hin zur Endbearbeitung) mit einer Maschine durchgeführt werden, und die Standzeit der Werkzeuge lässt sich leicht abschätzen. Diese Faktoren führen dazu, dass die Automobilindustrie sie häufig für die Serienproduktion einsetzt.

Verzahnen

Die Verzahnungen werden mit einem rotierenden Messer in das Werkstück geschnitten.

Gerätebezeichnung: Verzahnungsmaschine

Schneidwerkzeug: Wälzfräser, Schneidradwerkzeug, Zahnstangenfräser

Fräsen

Beim Fräsen wird das Material durch Drehen mittels Fräswerkzeug abgetragen. Fräsmaschinen werden zum Schaben von Oberflächen und zur Herstellung von Nuten eingesetzt. Es gibt im Allgemeinen 2 Arten von Fräswerkzeugen: Planfräser zur Oberflächenbearbeitung und Schaftfräser zum Nuten.

Schneidwerkzeug: Planfräser, Schaftfräser

Typische Werkzeugmaterialien und deren Eigenschaften

In diesem Abschnitt werden die Werkstoffe und Merkmale typischer Schneidwerkzeuge beschrieben.

Schnellarbeitsstahl

Legierung auf Eisenbasis mit metallischen Legierungselementen Wolfram, Chrom, Vanadium und Molybdän

Vorteil Ausgezeichnete Belastbarkeit
Nachteile Geringere Hitze- und Verschleißfestigkeit

Zielmaterialien: Kohlenstoffstahl und legierter Stahl

Sinterkarbid

Legierungen aus Titankarbid und Tantalcarbid werden zu Wolframcarbidpulver hinzugefügt und dann mit Kobalt gesintert.

Vorteile Ausgezeichnete Ausgewogenheit von Belastbarkeit, hoher Härte und Verschleißfestigkeit

Zielmaterialien: Kohlenstoffstahl, legierter Stahl, Edelstahl und sonstige schnittfeste Werkstoffe

Keramik

Harte Materialien wie Aluminiumoxid, Titancarbid und Siliziumnitrid werden gesintert.

Vorteile Ausgezeichnete Hitze- und Verschleißfestigkeit
Nachteile Schlechte Belastbarkeit und leichtes Absplittern

Zielmaterialien: Gusseisen, hitzebeständige Legierungen, gehärteter Stahl und Werkzeugstahl

Diamant

Geformtes Material aus Diamant-Einkristall (das härteste Material)

Vorteile Ausgezeichnete Wärme- und Verschleißbeständigkeit und geeignet zum Glasschneiden
Nachteile Schlechte Belastbarkeit und leichtes Absplittern

Zielmaterialien: Nichteisenmetalle einschließlich Aluminium

Gesinterter Diamant

Polykristalliner Körper, der durch Zugabe von Kobalt zu feinem Diamantpulver und durch Sintern hergestellt wird.

Vorteile Ausgezeichnete Hitze- und Verschleißfestigkeit und höhere Belastbarkeit als Diamant
Nachteile Schwierigkeiten, scharfe Kanten zu erhalten

Zielmaterialien: Nichteisenmetalle, Hartmetall, Keramik

Keramik-Metall-Verbundwerkstoff

Nickel und andere Materialien werden zu Titancarbid und Titannitrid hinzugefügt und anschließend gesintert.

Vorteile Eine Art von Hartmetall. Ausgezeichnete Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu normalem Hartmetall. Wird häufig zur Endbearbeitung von Stahl verwendet.

Zielmaterialien: Kohlenstoffstahl und legierter Stahl

Wendeschneidplatten

Beispiele für die Betrachtung und Prüfung von Schneidwerkzeugen mittels Digitalmikroskop

Im Folgenden werden die neuesten Beispiele für Betrachtungen und Prüfbilder von Schneidwerkzeugen mithilfe des 4K-Digitalmikroskops der Modellreihe VHX von KEYENCE vorgestellt.