Wie läuft die Spanbildung bei der Verwendung flacher Hartmetall-Schneidwerkzeuge ab?

Im Bereich der Zerspanung ist das Verständnis des Spanbildungsprozesses beim Einsatz flacher Hartmetall-Schneidwerkzeuge sowohl für Hersteller als auch für Endanwender von entscheidender Bedeutung. Als Lieferant von flachen Hartmetall-Schneidwerkzeugen habe ich aus erster Hand erfahren, wie wichtig dieses Verfahren für die Erzielung hochwertiger Bearbeitungsergebnisse ist.

Die Grundlagen flacher Hartmetall-Schneidwerkzeuge

Flache Hartmetall-Schneidwerkzeuge werden aufgrund ihrer hervorragenden Härte, Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit häufig in verschiedenen Bearbeitungsvorgängen eingesetzt. Hartmetall, typischerweise eine Kombination aus Wolframkarbid und einem Bindemetall wie Kobalt, bietet die nötige Festigkeit und Haltbarkeit, um den hohen Belastungsbedingungen beim Schneiden standzuhalten. Flachfräser, ein üblicher Typ flacher Hartmetall-Schneidwerkzeuge, werden zum Fräsen flacher Flächen, Schlitze und Taschen in Materialien wie Metallen, Kunststoffen und Verbundwerkstoffen verwendet.

Der Spanbildungsprozess

Der Spanbildungsprozess kann in drei Hauptphasen unterteilt werden: elastische Verformung, plastische Verformung und Spantrennung.

Elastische Verformung

Wenn das flache Hartmetall-Schneidwerkzeug mit dem Werkstück in Kontakt kommt, kommt es zunächst zu einer elastischen Verformung. Durch die Schneidkante des Werkzeugs wird auf das Material des Werkstücks eine Kraft ausgeübt und es reagiert darauf mit einer elastischen Verformung. Das bedeutet, dass das Material nach Wegnahme der Kraft wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. In diesem Stadium werden die Atombindungen im Material gedehnt, aber nicht aufgebrochen. Die Größe der elastischen Verformung hängt von den Eigenschaften des Werkstückmaterials ab, beispielsweise seinem Elastizitätsmodul und der vom Werkzeug ausgeübten Schnittkraft.

Plastische Verformung

Mit zunehmender Schnittkraft erreicht das Material seine Streckgrenze und es beginnt eine plastische Verformung. Bei der plastischen Verformung werden die atomaren Bindungen im Material aufgebrochen und das Material erfährt eine bleibende Verformung. Die Scherspannung an der Scherebene, also der Ebene, entlang der das Material geschert wird, übersteigt die Scherfestigkeit des Materials. Die plastische Verformung ist ein komplexer Prozess, der die Bewegung von Versetzungen innerhalb der Kristallstruktur des Materials beinhaltet. Das flache Hartmetall-Schneidwerkzeug schiebt und schert das Material kontinuierlich, sodass es in Richtung der Schneidkante fließt.

Spänetrennung

Sobald die plastische Verformung ein bestimmtes Ausmaß erreicht, trennt sich das Material schließlich vom Werkstück und bildet einen Span. Die Trennung erfolgt, wenn die Scherspannung an der Scherebene so hoch ist, dass das Material bricht. Form und Größe des Spans hängen von mehreren Faktoren ab, darunter den Schnittbedingungen (z. B. Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe), den Eigenschaften des Werkstückmaterials und der Geometrie des Schneidwerkzeugs.

Es gibt verschiedene Arten von Spänen, die beim Schneidvorgang entstehen können:

• Kontinuierliche Chips: Diese Späne entstehen bei der Bearbeitung duktiler Materialien wie Aluminium und Weichstahl unter bestimmten Schnittbedingungen. Durchgehende Späne sind lang und ungebrochen und zeichnen sich durch eine glatte Oberfläche aus. Sie sind im Allgemeinen wünschenswert, da sie einen stabilen Schneidprozess anzeigen. Kontinuierliche Späne können jedoch manchmal Probleme verursachen, wie z. B. Spanverwicklungen um das Schneidwerkzeug, die die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks beeinträchtigen und sogar das Werkzeug beschädigen können.
• Segmentierte Chips: Segmentierte Späne entstehen, wenn die Schnittgeschwindigkeit relativ niedrig oder der Vorschub hoch ist. Diese Späne bestehen aus einzelnen Segmenten und werden typischerweise aus Materialien mit mittlerer Duktilität hergestellt. Die Segmentierung erfolgt aufgrund der periodischen Rissbildung und des Bruchs des Materials während des Spanbildungsprozesses.
• Diskontinuierliche Chips: Bei der Bearbeitung spröder Materialien wie Gusseisen entstehen diskontinuierliche Späne. Diese Späne sind klein und unregelmäßig geformt und entstehen durch den plötzlichen Bruch des spröden Materials während des Schneidvorgangs.

Faktoren, die die Spanbildung beeinflussen

Beim Einsatz flacher Hartmetall-Schneidwerkzeuge können mehrere Faktoren den Spanbildungsprozess maßgeblich beeinflussen:

Werkstückmaterial

Die Eigenschaften des Werkstückmaterials wie Härte, Duktilität und Mikrostruktur spielen bei der Spanbildung eine entscheidende Rolle. Duktile Materialien neigen dazu, kontinuierliche Späne zu bilden, während spröde Materialien diskontinuierliche Späne bilden. Beispielsweise kann bei der Bearbeitung eines hochfesten legierten Stahls aufgrund der hohen Härte des Materials höhere Schnittkräfte erforderlich sein, was sich auf die Spanbildung auswirken und zur Bildung segmentierter Späne führen kann.

Schnittbedingungen

• Schnittgeschwindigkeit: Eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit führt im Allgemeinen zu einer Verringerung der Spandicke und einer Erhöhung der Spanflussgeschwindigkeit. Bei hohen Schnittgeschwindigkeiten kann auch die beim Schneidvorgang entstehende Wärme die Spanbildung beeinflussen. Bei manchen Materialien können hohe Schnittgeschwindigkeiten dazu führen, dass das Material durch die Hitze weicher wird, was zu einer gleichmäßigeren Spanbildung führt.
• Vorschubgeschwindigkeit: Eine höhere Vorschubgeschwindigkeit erhöht die Spandicke. Eine zu hohe Vorschubgeschwindigkeit kann zur Bildung größerer und unregelmäßigerer Späne führen, was zu Problemen wie schlechter Oberflächengüte und erhöhtem Werkzeugverschleiß führen kann.
• Schnitttiefe: Die Schnitttiefe beeinflusst die Materialmenge, die pro Durchgang entfernt wird. Eine größere Schnitttiefe führt im Allgemeinen zu einem größeren Spanvolumen. Mit zunehmender Schnitttiefe erhöht sich jedoch auch die Schnittkraft, was Einfluss auf den Spanbildungsprozess haben kann.

Werkzeuggeometrie

Die Geometrie des flachen Hartmetall-Schneidwerkzeugs, einschließlich Spanwinkel, Freiwinkel und Schneidenradius, hat einen erheblichen Einfluss auf die Spanbildung. Der Spanwinkel beeinflusst den Achswinkel und die Schnittkraft. Ein positiver Spanwinkel reduziert die Schnittkraft und fördert den Spanfluss, während ein negativer Spanwinkel die Schnittkraft erhöht, aber der Schneidkante mehr Festigkeit verleiht. Der Freiwinkel verhindert, dass das Werkzeug am Werkstück reibt, was die Spanbildung und die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks beeinträchtigen kann. Auch der Schneidenradius hat Einfluss auf die Spanbildung, insbesondere bei der Mikrobearbeitung, wo ein kleinerer Schneidenradius zu einer präziseren Spanbildung führen kann.

Anwendungen zum Verständnis der Chipbildung

Das Verständnis des Spanbildungsprozesses beim Einsatz flacher Hartmetall-Schneidwerkzeuge hat mehrere praktische Anwendungen:

• Werkzeugdesign: Durch das Verständnis der Spänebildung können Werkzeugkonstrukteure die Geometrie der flachen Hartmetall-Schneidwerkzeuge optimieren, um die Spanabfuhr zu verbessern, die Schnittkräfte zu reduzieren und die Werkzeuglebensdauer zu erhöhen. Beispielsweise kann die Konstruktion eines Werkzeugs mit einem speziellen Spanbrecher dazu beitragen, die Form und Größe der Späne zu kontrollieren, ein Verfangen der Späne zu verhindern und die Schnittleistung insgesamt zu verbessern.
• Optimierung des Bearbeitungsprozesses: Hersteller können das Wissen über die Spanbildung nutzen, um die geeigneten Schnittbedingungen für verschiedene Werkstückmaterialien auszuwählen. Durch die Anpassung der Schnittgeschwindigkeit, der Vorschubgeschwindigkeit und der Schnitttiefe können sie eine bessere Oberflächengüte, eine höhere Produktivität und einen geringeren Werkzeugverschleiß erzielen. Wenn beispielsweise ein schwer zu bearbeitendes Material wie eine Titanlegierung bearbeitet wird, kann die richtige Auswahl der Schnittbedingungen auf der Grundlage der Spanbildungseigenschaften die Bearbeitungseffizienz erheblich verbessern.

Unsere flachen Hartmetall-Schneidwerkzeuge

Als Lieferant flacher Hartmetall-Schneidwerkzeuge bieten wir eine breite Produktpalette an, um den vielfältigen Bedürfnissen unserer Kunden gerecht zu werden. UnserHartmetall-Schaftfräserbestehen aus hochwertigen Hartmetallmaterialien und sind mit fortschrittlichen Geometrien ausgestattet, um eine hervorragende Schneidleistung zu gewährleisten. Wir bieten auchAnderer Handlauf-BitUndTürrahmen-Bit-Setfür spezifische Anwendungen.

Unser Expertenteam forscht und entwickelt ständig neue Produkte, um den Spanbildungsprozess und die gesamte Bearbeitungsleistung zu verbessern. Wir verstehen, dass unterschiedliche Kunden unterschiedliche Anforderungen haben, und sind bestrebt, maßgeschneiderte Lösungen anzubieten. Ob Sie eine kleine Werkstatt oder ein großes Fertigungsunternehmen sind, wir können Ihnen die richtigen flachen Hartmetall-Schneidwerkzeuge für Ihre Bearbeitungsanforderungen anbieten.

Kontaktieren Sie uns für die Beschaffung

Wenn Sie Interesse an unseren flachen Hartmetall-Schneidwerkzeugen haben oder Fragen zum Spanbildungsprozess haben, können Sie sich gerne an uns wenden. Gerne besprechen wir Ihre Anforderungen und stellen Ihnen detaillierte Informationen zu unseren Produkten zur Verfügung. Unser professionelles Vertriebsteam begleitet Sie durch den Beschaffungsprozess und stellt sicher, dass Sie den besten Wert für Ihre Investition erhalten.

Referenzen

• Shaw, MC (2005). Prinzipien der Metallzerspanung. Oxford University Press.
• Trent, EM, & Wright, PK (2000). Metallschneiden. Butterworth-Heinemann.
• Kalpakjian, S. & Schmid, SR (2010). Fertigungstechnik und Technologie. Pearson Prentice Hall.