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Zerspanung

Hochdruck-Kühlschmierstoffzufuhr senkt die Werkzeugtemperatur

| Redakteur: Bernhard Kuttkat

Die effektivere Hochdruckkühlung der Werkzeugschneide beim Drehen korrosionsbeständiger Stähle reduziert die Temperatur in der Nähe der Schneidkante deutlich. Das senkt den Werkzeugverschleiß und ermöglicht es, die Schnittparameter zu steigern.

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Die gezielte Zuführung des Kühlschmierstoffs bewirkt zunächst ein weites Vordringen des Kühlschmierstoffs zur Schneidkante. Es bildet sich ein Flüssigkeitskeil aus, der die Zerspanstelle effektiv kühlt und schmiert. (Bild: WZL)
Die gezielte Zuführung des Kühlschmierstoffs bewirkt zunächst ein weites Vordringen des Kühlschmierstoffs zur Schneidkante. Es bildet sich ein Flüssigkeitskeil aus, der die Zerspanstelle effektiv kühlt und schmiert. (Bild: WZL)

Korrosionsbeständige Stähle sind eine Werkstoffgruppe, deren technologische und wirtschaftliche Bedeutung in den vergangenen Jahren einen kontinuierlichen Zuwachs erfahren hat und auch weiterhin erfährt [1]. Die am meisten verbreiteten rosfreien Stähle sind die vor allem mit Chrom und Nickel legierten austenitischen Stähle, die nicht magnetisch und durch eine Wärmebehandlung nicht härtbar sind.

Hohe thermische Belastung durch Kühlung reduzieren

Im Vergleich zu ferritisch-perlitischen oder vergüteten Stählen sind sie deutlich schlechter zerspanbar. Ursache dafür sind ihre hohe Verformungsfähigkeit und Zähigkeit, ihre Neigung zur Kaltverfestigung und zur Adhäsion mit dem Schneidstoff sowie ihre gegenüber unlegierten Stählen um etwa ein Drittel niedrigere Wärmeleitfähigkeit. Diese verschlechtert die Wärmeabfuhr über den Span und erhöht die Temperaturbelastung der Schneidkante.

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Folgen dieser spezifischen Werkstoffeigenschaften sind trotz der vergleichsweise geringen Zugfestigkeit der austenitischen CrNi-Stähle eine hohe thermische Belastung der Werkzeugschneide, ausgeprägter Frei- und/oder Spanflächenverschleiß, Materialverklebungen, Kerbverschleiß, Schneidstoffausbröckelungen und Schneidkantenausbrüche, die bei vielen Bearbeitungsaufgaben eine spanende Bearbeitung nur mit vergleichsweise niedrigen Schnittgeschwindigkeiten erlauben und zu kurzen Standzeiten und zu ungenügenden Oberflächenqualitäten führen. [2].

Beim Drehen austhenitischer Stähle bilden sich häufig Wirrspäne

Trotz des Einsatzes von Wendeschneidplatten mit komplexen Spanformgeometrien bilden sich beim Drehen austenitischer Stähle aufgrund des kontinuierlichen Schnitts und der hohen Duktilität häufig Band- oder Wirrspäne. Dies gilt vor allem bei kritischen Operationen wie dem Einstechdrehen, beim Drehen von Schultern oder beim Schlichtdrehen mit kleinen Spanungsquerschnitten. Zur Erzeugung brauchbarer Spanformen können die Schnittparameter häufig nicht hinsichtlich maximaler Wirtschaftlichkeit gewählt werden, sondern müssen innerhalb enger Grenzen (Spanbruchdiagramme) eingestellt werden.

Der Einsatz von Kühlschmierstoffen ist aufgrund der genannten Probleme beim Drehen von rostfreien Stählen meist unverzichtbar. Bei der konventionellen Nassbearbeitung wird die Zerspanstelle jedoch nur mit Kühlschmierstoff umspült beziehungsweise überflutet. Eine effektive Kühlung der Werkzeugschneide und Spankontaktzone ist unter diesen Bedingungen nicht gegeben, weil in erster Linie die Spanoberseite mit Kühlschmierstoff benetzt wird.

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