CO₂-Prozesskühlung macht Trockenbearbeitung produktiver

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DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO.

item Industrietechnik GmbH

TU Dortmund Institut für Spanende Fertigung

Bei Experimenten zum Einfluss des KSS-Konzeptes dienen Ergebnisse als Referenz, die für die Bearbeitung unter Zuführung von Emulsion ermittelt wurden. Das Verschleißverhalten der Werkzeuge wird anhand von rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen (REM) beurteilt, die zur Drehbearbeitung des schwefelarmen Vergütungsstahls eingesetzt wurden (Bild 2).

Geringer Verschleiß bei hohem Zerspanvolumen

In den Aufnahmen ist eindeutig zu erkennen, dass für die Schnittgeschwindigkeit von vc = 250 m/min ein geringer Werkzeugverschleiß vorhanden ist und das angestrebte Zerspanvolumen von Vz = 1000 cm³ erreicht wird. Die Verschleißmarkenbreite beträgt VBmax = 0,312 mm. Die Möglichkeit zu einer weiteren Steigerung der Schnittgeschwindigkeit besteht nicht. Die Aufnahme der Wendeschneidplatte, die bei einer Schnittgeschwindigkeit von vc = 300 m/min eingesetzt wurde, zeigt bereits nach dem Einsatz für ein Zerspanvolumen von Vz = 750 cm³ einen Ausbruch an der Schneidkante. Dieser Teilversuch wurde deshalb nicht weitergeführt.

Naheliegend ist, dass der Bruch der Schneidkante nach einer plastischen Deformation entstanden ist. Diese Deformation wird durch höhere Wirkzonentemperaturen bei der eingestellten Schnittgeschwindigkeitssteigerung begünstigt. Eine mechanische Überbeanspruchung kann nicht die einzige Ursache des frühzeitigen Schneidkantenbruchs sein, da eine Auswertung der Zerspankraftkomponenten vergleichbare Belastungen in Abhängigkeit von der Schnittgeschwindigkeit ergeben hat.

Weitere Versuche bei Variation von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub zeigen, dass die Schnittgeschwindigkeit vc = 250 m/min ein Erreichen des angestrebten Zerspanvolumens von Vz = 1000 cm³ gewährleistet. Daher wurde diese Schnittgeschwindigkeit für die Versuche zur Variation des KSS-Konzeptes ausgewählt. Verglichen wurden die Prozesskühlung mit Einsatz des CO2-Schneestrahlens und die reine Trockenbearbeitung. Wiederum verdeutlichen REM-Aufnahmen das Verschleißverhalten der eingesetzten Wendeschneidplatten (Bild 3).

Wendeschneidplatte zeigt deutliche Verschleißspuren bei reiner Trockenbearbeitung

Die Aufnahmen der Wendeschneidplatte, die bei der reinen Trockenbearbeitung eingesetzt wurde, zeigt deutliche Verschleißspuren. Im vorderen Bereich der Spanfläche ist Beschichtung abgetragen und so das Hartmetallsubstrat freigelegt worden. Im hinteren Bereich der Spanleitstufe ist eine Materialanhaftung zu erkennen. Die Schneidkante ist während des Zerspanprozesses plastisch deformiert worden. Dies wird besonders bei der Betrachtung des Freiflächenverschleißes sichtbar. Die Deformation der Schneidkante würde bei einem weiteren Einsatz der Schneidplatte einen größeren Ausbruch und das Versagen des Werkzeugs hervorrufen.

Die REM-Aufnahmen zeigen für die Wendeschneidplatte, die bei einer CO2-Prozesskühlung eingesetzt wurde, ein grundsätzlich anderes Verschleißverhalten. Der ablaufende Span hat die Beschichtung auf der Spanfläche abgetragen, jedoch ist der Verschleiß geringer ausgebildet. Ebenfalls sind nur geringfügige Materialanhaftungen zu erkennen. Die Schneidkante weist keine Anzeichen für eine plastische Deformation auf. Das Verschleißniveau ist vergleichbar zu dem Ergebnis der Emulsionszuführung. Die Ausbildung des Freiflächenverschleißes ist zwar ungleichmäßiger, jedoch beträgt die maximale Verschleißmarkenbreite VBmax = 0,335 mm, was nur eine geringe Zunahme gegenüber dem Versuch mit Emulsion ergibt.

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