Schwefelarme Stähle heiß zerspanen

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Hermann Kemper GmbH & Co. KG - Hersteller für CNC Drehteile

JESSBERGER GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Leibniz-Insittut für Werkstofforientierte Technologien IWT

Die Untersuchungen wurden beim Außenlängs-Runddrehen von Zylinderproben durchgeführt (Bild 1). Um die prozessintegrierte Heißzerspanung nach dem Schmieden abzubilden, wurden die Werkstücke vor der Bearbeitung im Ofen auf Solltemperatur erwärmt. Die Auswahl der Werkstücktemperaturen lag zwischen 20 und 500 °C. Die obere Temperaturgrenze wurde gewählt, um mögliche Gefügeänderungen zu vermeiden. Eingespannt wurden die Werkstücke in einem hydraulischen Drehbackenfutter. Während der Versuche erfolgte eine Messung der Zerspankraftkomponenten mithilfe eines piezoelektrischen 3-Komponenten-Dynamometers.

Darüber hinaus wurden die Späne sowie der fortschreitende Schneidkantenverschleiß dokumentiert. Für die Zerspanversuche kam ein AFP-Stahl 38MnVS6 in zwei Varianten zum Einsatz: mit 0,063 und mit 0,011 Gewichtsprozent Schwefel. Die Drehversuche erfolgten mit CVD-beschichteten (TiCN+Al₂O₃) Hartmetall-Wendeschneidplatten CNMG 120408-TF IC6015.

Erhöhte Werkstücktemperatur reduziert Schnittkraft

Betrachtet man die Schnittkraft beim Drehen von zwei Werkstoffchargen unter Variation des Vorschubs und der Werkstücktemperatur, so wird deutlich, dass die Erhöhung der Werkstücktemperatur eine Reduzierung der Schnittkraft zwischen 20 und 25 % hervorruft (Bild 2). Diese Änderung ist unabhängig vom Schwefelgehalt und auf die Reduzierung der Zugfestigkeit zurückzuführen, die bei 500 °C nur noch 60 % des Wertes bei Raumtemperatur beträgt.

Die sechsfache Reduzierung des Schwefelgehalts im AFP-Stahl erhöht die Schnittkraft um durchschnittlich 7,4 % bei Raumtemperatur und nur noch um 4,6 % bei 500 °C. Dies ist ein Indiz dafür, dass durch Erhöhen der Werkstücktemperatur der negative Einfluss der Schwefelreduzierung auf die Bearbeitung, verbunden mit der schlechteren Verformbarkeit, der erhöhten Trennarbeit und der steigenden Reibung an Span- und Freifläche des Werkzeugs, zum Teil verringert werden kann. Des Weiteren ist auch der zu erwartende Anstieg der Schnittkraft bei Erhöhung des Vorschubs zu erkennen, der sich durch die Vergrößerung des Spanungsquerschnitts erklären lässt.

Bei der Analyse der Werkzeugverschleißbilder kann ein eindeutiger negativer Einfluss der Schwefelreduzierung auf die Werkzeugstandzeit festgestellt werden (Bild 3). Selbst nach einem Schnittweg von 500 m bei der Bearbeitung der schwefelarmen Charge ist der Verschleiß deutlich höher als nach 2000 m der Bearbeitung des Werkstoffs mit sechsfach höherem Schwefelgehalt.

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