Als langjähriger Lieferant von Schaftfräsern mit langem Hals habe ich aus erster Hand beobachtet, wie verschiedene Faktoren die Schnittleistung dieser Präzisionswerkzeuge beeinflussen. Unter diesen Faktoren sticht die Materialhärte als entscheidendes Element hervor, das über die Effizienz eines Schaftfräsers mit langem Hals entscheiden kann. In diesem Blogbeitrag werde ich mich eingehend mit dem Verständnis befassen, wie sich die Materialhärte auf die Schnittleistung von Schaftfräsern mit langem Hals auswirkt.
Materialhärte verstehen
Die Materialhärte ist definiert als der Widerstand eines Materials gegenüber lokaler Verformung, typischerweise durch Eindrücken oder Abrieb. Es handelt sich um eine entscheidende Eigenschaft, da sie das Verhalten eines Materials bei Bearbeitungsprozessen erheblich beeinflussen kann. Es gibt verschiedene Skalen zur Messung der Härte, beispielsweise die Rockwell-, Brinell- und Vickers-Skala. Beispielsweise ist in der Rockwell-Skala ein Material mit einer höheren Zahl härter.
Weiche Materialien wie Aluminium und Kupfer haben relativ niedrige Härtewerte. Diese Materialien sind formbar und lassen sich relativ leicht schneiden. Andererseits stellen harte Materialien, darunter Edelstahl, Titanlegierungen und gehärtete Stähle, aufgrund ihrer hohen Verformungsbeständigkeit eine anspruchsvollere Bearbeitungsumgebung dar.
Auswirkungen auf den Werkzeugverschleiß
Einer der offensichtlichsten Auswirkungen der Materialhärte auf die Schnittleistung von Schaftfräsern mit langem Hals ist der Werkzeugverschleiß. Beim Schneiden eines weichen Materials erfährt der Schaftfräser mit langem Hals weniger Reibung und Verschleiß an seinen Schneidkanten. Das Werkzeug kann seine Schärfe über einen längeren Zeitraum beibehalten, was wiederum zu einer gleichmäßigen und hochwertigen Schnittqualität führt.
Wenn Sie beispielsweise zum Schneiden von Aluminium einen Schaftfräser mit langem Hals verwenden, verläuft der Schneidvorgang relativ reibungslos und die Werkzeugkanten werden nicht so schnell stumpf. Dies führt zu einer längeren Werkzeuglebensdauer, reduziert die Häufigkeit von Werkzeugwechseln und senkt letztendlich die Produktionskosten.
Bei harten Materialien sieht die Situation jedoch ganz anders aus. Die hohe Härte des Materials verursacht einen erheblichen abrasiven und adhäsiven Verschleiß an den Schneidkanten des Schaftfräsers mit langem Hals. Abrasiver Verschleiß entsteht, wenn die harten Partikel im Werkstückmaterial an den Schneidkanten des Werkzeugs reiben und diese allmählich abnutzen. Adhäsiver Verschleiß hingegen entsteht, wenn kleine Teile des Werkstückmaterials an der Oberfläche des Werkzeugs haften bleiben und dann während des Schneidvorgangs abgerissen werden und dabei Teile des Werkzeugs mitnehmen.
Nehmen Sie als Beispiel das Schneiden von Edelstahl. Die hohe Härte und die Kaltverfestigungseigenschaften von Edelstahl führen zu einem schnellen Verschleiß des Schaftfräsers mit langem Hals. Die Schneidkanten können nach relativ kurzer Nutzungsdauer stumpf werden, was zu einer verringerten Schneidleistung, einer schlechten Oberflächengüte und einem erhöhten Risiko eines Werkzeugbruchs führt.
Einfluss auf Schnittkräfte
Auch die Materialhärte hat einen erheblichen Einfluss auf die Schnittkräfte während des Bearbeitungsprozesses. Beim Schneiden eines weichen Materials erfordert der Schaftfräser mit langem Hals weniger Kraft, um in das Material einzudringen und es zu entfernen. Der Schneidvorgang verläuft häufig reibungslos und es treten weniger Vibrationen und Rattern auf. Dies ermöglicht schnellere Schnittgeschwindigkeiten und höhere Vorschübe, was die Produktivität verbessern kann.
Bei der Bearbeitung harter Materialien steigen die Schnittkräfte jedoch deutlich an. Der Schaftfräser muss härter arbeiten, um das harte Material zu durchbrechen, was zu einer höheren Belastung des Werkzeugs und der Maschine führt. Übermäßige Schnittkräfte können zu Problemen wie einer Werkzeugablenkung führen, insbesondere bei Schaftfräsern mit langem Hals. Da diese Schaftfräser einen längeren Schaft haben, neigen sie bei hohen Schnittkräften eher zur Durchbiegung. Eine Werkzeugablenkung kann zu einer ungenauen Bearbeitung, einer schlechten Oberflächengüte und sogar zu einer Beschädigung des Werkstücks führen.
Wenn beispielsweise versucht wird, gehärteten Stahl zu schneiden, können die Schnittkräfte so hoch sein, dass eine leistungsstärkere Bearbeitungsausrüstung und niedrigere Schnittparameter erforderlich sind, um einen Werkzeugausfall zu vermeiden. Dies bedeutet häufig Einbußen bei der Produktivität, um die Integrität des Werkzeugs und die Qualität des bearbeiteten Teils aufrechtzuerhalten.
Auswirkung auf die Oberflächenbeschaffenheit
Die Oberflächenbeschaffenheit eines bearbeiteten Teils ist ein weiterer Aspekt, der stark von der Materialhärte beeinflusst wird. Beim Schneiden weicher Materialien mit einem Schaftfräser mit langem Hals ist es im Allgemeinen einfacher, eine glatte Oberfläche zu erzielen. Die geringe Härte des Materials ermöglicht es den Schneidkanten des Schaftfräsers, Material sauber abzutragen, ohne übermäßige Ausrisse oder raue Stellen zu verursachen.
Im Gegensatz dazu stellen harte Materialien eine größere Herausforderung für die Erzielung einer guten Oberflächenbeschaffenheit dar. Die hohe Härte kann dazu führen, dass das Material beim Schneidvorgang ungleichmäßig bricht und eine raue Oberfläche entsteht. Da sich die Schneidkanten beim Schneiden harter Materialien zudem schneller abnutzen, wird die Fähigkeit, eine glatte Oberfläche zu erzeugen, zusätzlich beeinträchtigt. Beispielsweise kann es bei der Bearbeitung von Titanlegierungen, die für ihre hohe Härte und geringe Wärmeleitfähigkeit bekannt sind, schwierig sein, eine hochwertige Oberflächengüte zu erzielen. Zur Bewältigung dieser Herausforderungen sind möglicherweise spezielle Schneidstrategien und Werkzeuggeometrien erforderlich.
Fallstudie: Schneiden verschiedener Materialien mit einem2-schneidiger Schaftfräser mit Kugelkopf und langem Hals
Werfen wir einen genaueren Blick darauf, wie sich die Materialhärte auf die Schneidleistung auswirkt, indem wir die Verwendung eines 2-schneidigen Kugelfräsers mit langem Hals untersuchen.
Schneiden weicher Materialien (Aluminium)
Beim Einsatz des 2-schneidigen Kugelfräsers mit langem Hals zum Schneiden von Aluminium können wir mehrere positive Ergebnisse beobachten. Die geringe Härte von Aluminium ermöglicht eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Die Schneidkanten des Schaftfräsers bleiben lange scharf und der reibungslose Schneidvorgang führt zu einer hochwertigen Oberflächengüte. Wir können den Schaftfräser mit relativ hohen Vorschüben und Schnittgeschwindigkeiten ohne nennenswerten Werkzeugverschleiß betreiben. Dies verbessert nicht nur die Produktivität, sondern senkt auch die Kosten pro Teil. Beispielsweise kann diese Art von Schaftfräser in einer Automobilfertigungsanlage zur effizienten Bearbeitung von Motorkomponenten aus Aluminium eingesetzt werden und sorgt so für präzise Abmessungen und eine gute Oberflächengüte.
Schneidmedium – harte Materialien (Edelstahl)
Wenn derselbe 2-schneidige Kugelfräser mit langem Hals zum Schneiden von Edelstahl verwendet wird, ändert sich die Situation. Die höhere Härte von Edelstahl führt zu einem stärkeren Verschleiß des Werkzeugs. Wir müssen die Schnittgeschwindigkeit und den Vorschub reduzieren, um die erhöhten Schnittkräfte zu bewältigen und einen vorzeitigen Werkzeugausfall zu verhindern. Trotz dieser Anpassungen ist die Standzeit im Vergleich zum Schneiden von Aluminium deutlich kürzer. Die Oberflächenbeschaffenheit kann auch etwas rauer sein und wir müssen möglicherweise zusätzliche Nachbearbeitungsvorgänge durchführen, um die gewünschte Qualität zu erreichen.
Schneiden harter Materialien (gehärteter Stahl)
Das Schneiden von gehärtetem Stahl mit dem 2-schneidigen Kugelfräser mit langem Hals ist äußerst anspruchsvoll. Die hohe Härte des Materials führt zu einem schnellen Verschleiß der Schneidkanten und die Schnittkräfte sind so hoch, dass es zu Werkzeugablenkungen kommen kann. Dadurch müssen wir mit sehr niedrigen Schnittgeschwindigkeiten und Vorschüben arbeiten, was die Produktivität stark einschränkt. Die Oberflächenbeschaffenheit des bearbeiteten Teils ist möglicherweise schlecht und es sind möglicherweise mehrere Durchgänge erforderlich, um ein akzeptables Ergebnis zu erzielen.
Lösungen zur Verbesserung der Schnittleistung bei unterschiedlichen Materialhärten
Werkzeugbeschichtungen
Das Auftragen von Beschichtungen auf die Schaftfräser mit langem Hals kann deren Schneidleistung bei unterschiedlichen Materialhärten deutlich verbessern. Beispielsweise kann eine Titannitrid-Beschichtung (TiN) die Härte und Verschleißfestigkeit des Werkzeugs verbessern und es so besser zum Schneiden gehärteter Materialien geeignet machen. Diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen (DLC) können die Reibung verringern und die Fähigkeit des Werkzeugs verbessern, weiche Materialien wie Aluminium zu schneiden, indem sie das Anhaften des Werkstückmaterials am Werkzeug verhindern.
Optimierte Werkzeuggeometrie
Auch die Geometrie des Langhalsfräsers spielt eine entscheidende Rolle für die Schnittleistung. Bei weichen Materialien kann ein Schaftfräser mit einem höheren Spiralwinkel verwendet werden, um die Spanabfuhr zu verbessern und die Schnittkräfte zu reduzieren. Bei harten Materialien kann eine robustere Werkzeuggeometrie mit einem größeren Kerndurchmesser und einem geringeren Spiralwinkel für eine bessere Festigkeit und Durchbiegungsbeständigkeit sorgen.
Passende Schnittparameter
Um eine optimale Schnittleistung zu erzielen, ist die Auswahl der richtigen Schnittparameter wie Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe von entscheidender Bedeutung. Bei weichen Materialien können höhere Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe zur Maximierung der Produktivität eingesetzt werden. Bei harten Materialien sollten niedrigere Schnittparameter gewählt werden, um den Werkzeugverschleiß zu minimieren und Werkzeugausfälle zu verhindern.
Abschluss
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Materialhärte einen tiefgreifenden Einfluss auf die Schnittleistung von Schaftfräsern mit langem Hals hat. Es wirkt sich auf den Werkzeugverschleiß, die Schnittkräfte und die Oberflächenbeschaffenheit aus, und unterschiedliche Materialien stellen einzigartige Herausforderungen und Chancen dar. Als Lieferant von Schaftfräsern mit langem Hals weiß ich, wie wichtig es ist, qualitativ hochwertige Werkzeuge bereitzustellen und fachkundige Beratung zur Optimierung des Schneidprozesses für unterschiedliche Materialhärten anzubieten.
Wenn Sie auf der Suche nach Schaftfräsern mit langem Hals sind oder weitere Informationen zur Verbesserung Ihrer Bearbeitungsprozesse benötigen, empfehle ich Ihnen, sich für ein ausführliches Gespräch an mich zu wenden. Ob Sie mit weichen, mittelharten oder harten Materialien arbeiten, ich kann Ihnen helfen, die richtigen Lösungen zu finden, um Ihre Schneidleistung zu steigern und bessere Ergebnisse zu erzielen.
Referenzen
- Kalpakjian, S. & Schmid, SR (2009). Fertigungstechnik und Technologie. Pearson Prentice Hall.
- Trent, EM, & Wright, PK (2000). Metallschneiden. Butterworth-Heinemann.
