Optimierte Schneidengeometrien sorgen für Spankontrolle

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

KOMET Group GmbH

Im Bereich der Bohrungsbearbeitung sind nach heutigem Stand der Technik die Möglichkeiten der Simulation allerdings begrenzt. Die Berechnungen gestalten sich außerordentlich komplex und die dafür benötigten Rechenzeiten sind sehr lang. Außerdem lassen sich schon allein aufgrund der Tatsache, dass beim Bohren vom Außendurchmesser zur Bohrungsmitte hin stark unterschiedliche, sprich bis auf null sinkende Schnittgeschwindigkeiten herrschen, die verfügbaren Simulationsmodelle nur bedingt einsetzen.

Aus diesen Gründen wird die Hauptarbeit in Form umfangreicher Versuche geleistet. Zur Analyse der Spanbildungsprozesse werden Hochgeschwindigkeits-Kamerasysteme eingesetzt, deren Aufnahmen die mit bloßem Auge nicht erkennbaren Abläufe aufzeigen.

Duktile Werkstoffe neigen
zur Langspanbildung

Die Spanformung und Spanlenkung im spanenden Prozess zu beherrschen, ist ein ständiger Aspekt. Ziel ist, beim Kunden effizientere Abläufe zu ermöglichen und die Prozesssicherheit zu verbessern. Dabei sind es vor allem die duktilen Werkstoffe, die durch ihre typische Langspanbildung zu ständiger Innovation motivieren. Was allerdings in verstärktem Maße die Aufmerksamkeit auf die Spankontrolle lenkt, sind neue Materialien in unterschiedlichen Anwendungsbereichen, deren Beschaffenheiten die Zerspanbarkeit und insbesondere die Spanbrucheigenschaften ungünstig beeinflussen.

Ein Beispiel unter vielen sind Edelstähle, wie sie im beispielsweise Automobil-, Maschinen- und Anlagenbau verwendet werden. Dort ist der Einfluss des Schwefelgehaltes hinsichtlich der Minderung von Dauerschwingfestigkeit und Bruchzähigkeit hinlänglich bekannt.

Zerspanbarkeit und erwünschte mechanische Eigenschaften im Widerspruch

Um nun die höchsten mechanischen Anforderungen zu erfüllen, ist es von Vorteil, den Schwefelgehalt zu reduzieren. Konträr dazu wirkt sich jedoch ein hoher Schwefelgehalt positiv auf die Zerspanbarkeit des Materials aus. Der Werkzeugverschleiß wird geringer und der Spanbruch günstiger.

De facto bedeutet dies für den Werkzeughersteller erheblich ungünstigere Voraussetzungen, um eine Symbiose von wirtschaftlicher Standfestigkeit und bestmöglicher Spankontrolle zu erreichen. Ein anderer, für die Zerspanung eher ungünstiger Trend geht dahin, zugunsten besserer Fertigungsmöglichkeiten gut umformbare Werkstoffe zu entwickeln. Mit ihrem kubisch-flächenzentrierten Gitteraufbau tragen diese dazu bei, dass Späne weniger brechen.

Höhere Schnittgeschwindigkeiten beeinträchtigen Spanbrucheigenschaften

Neben den hier stellvertretend für eine zunehmende Vielfalt von Entwicklungen auf dem Sektor der Werkstückwerkstoffe genannten Beispielen sind es aber auch Weiterentwicklungen im Bereich der Werkzeuge, die eine Spankontrolle erschweren können.

So ermöglichen etwa ständig neue Schneidstoffe immer höhere Schnittgeschwindigkeiten. Tendenziell nehmen dabei die Temperaturen an den Kontaktstellen zu, was sich wiederum ungünstig auf die Material- und damit die Spanbrucheigenschaften auswirkt.

Und last, not least sind es die zur Spankontrolle notwendigen Mikro- und Makrostrukturen der Schneidkörper selbst, die das Spannungsfeld der Werkzeugtechnik bestimmen. Die Herstellung dieser Strukturen findet auf höchstem technischem Level statt und erfordert ständige Innovation bei den Fertigungstechniken. Neben Erodieren, Lasern und Schleifen, hier besonders mit nicht gebundenem Korn (Schleppschleifen, Gleitschleifen und andere Präzisionsfinishing-Verfahren), sowie Bürstschleifen sind es verschiedene Strahltechniken mit variierenden Schleif- und Trägermedien, die mit großem Engagement zusammen mit den Maschinen- und Anlagenherstellern vorangetrieben werden.

* Dipl.-Ing. (FH) Niklas Kramer ist Leiter Forschung und Entwicklung Bohrwerkzeuge bei der Komet Group GmbH in 74354 Besigheim

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