Werkzeugverschleiß
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Werkzeugverschleiß
Beim Zerspanen entstehen hohe Temperaturen. Dadurch nutzt sich die Schneide des Werkzeuges durch Reibung, Oxidation und Diffusion ab und die Schneidengeometrie verändert sich. Als Folge nehmen die Oberflächengüte und Maßhaltigkeit des Werkstückes ab.
Messbar ist der Verschleiß an der Freifläche von Haupt- und Nebenschneide. Die Ausdehnung der Verschleißfläche wird Verschleißmarkenbreite (VB) genannt. In der Praxis wird eine zulässiger Verschleiß mit einer VB von 0,2 - 1,0 mm empfohlen.
Verschleißformen/-ursachen
Verschleiß entsteht durch gleichzeitiger mechanischer und thermischer Belastung. Bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten und leicht spanbaren Werkstoffen tritt hauptsächlich der mechanische Verschleiß auf. Bei hohen Schnittgeschwindigkeiten und schwer spanbaren Werkstoffen stehen die thermisch bedingten Verschleißursachen wie Oxidation und Diffusion.
Adhäsionsverschleiß
Wird hervorgerufen durch die Verbindung von Werkstoffabrieb an der Werkzeugschneide (Kaltverschweißung) und anschließenden Abreißens der Festkörperbindung. Dabei werden Teilchen aus dem Schneidstoff gerissen.
Adhäsionsverschleiß tritt nur bei struktureller ähnlichkeit der metallischen Stoffe auf. Je unterschiedlicher die Werkstoffe sind, desto geringer ist die Neigung zum Adhäsionsverschleiß.
Diffusionsverschleiß
Tritt bei hohen Temperaturen und chemischer Ähnlichkeit von Werkstoff und Schneidstoff auf. Dabei wandern Atome vom Span ins Werkzeug. Die Schneide wird zunehmend weicher und verformt sich.
mechanischer Abrieb (Abrasion)
Mechanischer Abrieb entsteht, wenn sich durch äußere Kräfte Schneidstoffteilchen lösen.
Verzunderung/Oxidation
Aufgrund von hohen Temperaturen an der Schneidenkante reagiert der Schneidstoff mit Luftsauerstoff. Er oxidiert. Die sich dabei bildende Schicht (Zunder) ist sehr spröde und bricht schnell bei Belastung weg. Verzunderung erkennt man an den Verfärbungen an der Schneidenkante.
Verschleißarten
Durch die verschiedenen Verschleißformen entstehen die Verschleißarten. Je nach Material des Schneidwerkzeugs und Werkstoffs treten unterschiedliche Verschleißarten auf.
Freiflächenverschleiß
Freiflächenverschleiß ist der gleichmäßige Abrieb von Schneidstoff an der Freifläche. Die Verschleißfläche verläuft parallel zur Schnittrichtung.
Ursachen:
- zu hohe Schnittgeschwindigkeit
- Vorschub nicht an Schneidstoff angepasst
- falscher Schneidstoff gewählt
Maßnahmen:
- Schnittgeschwindigkeit senken
- Verschleißfesteren Schneidstoff wählen
- Vorschub erhöhen. Richtiges Verhältnis zwischen Schnittgeschwindigkeit und Vorschub
Kolkverschleiß
Der ablaufende heiße Span erzeugt einen Auskolkung (Krater) auf der Spanfläche. Durch den Abtrag von Schneidstoff wird die Schneidkante geschwächt. Außerdem entsteht eine größere Verformung des ablaufenden Spans. Als Folge nehmen die Schnittkräfte zu und führen zu einer erhöten Gefahr des Schneidenbruchs.
Ursachen:
- Schnittgeschwindigkeit und/oder Vorschub wurden zu hoch gewählt
- zu geringer Spanwinkel
- falscher Schneidstoff gewählt
- Kühlschmierstoffe wurde falsch zugeführt
Maßnahmen:
- Schnittgeschwindigkeit und/oder Vorschub herabsetzen
- Verschleißfesteren Schneidstoff verwenden
- Wendeschneidplatte mit positivem Spanwinkel verwenden
- Kühlmittel in der richtigen Menge und mit ausreichendem Druck zuführen
Aufbauschneidenbildung
Eine Aufbauschneide entsteht, wenn die Schnittgeschwindigkeit zu gering ist und der Span infolge einer zu geriner Schnitttemperatur nicht richtig abfließen kann. Das Werkstückmaterial Verklebt am Schneidwerkzeug und übernimmt die Aufgabe der Schneidkante. Nach und nach wandern Werkstoffbestandteile mit dem ablaufenden Span ab und verursachen Ausbrüche an der Schneidkante.
Ursachen:
- zu niedrige Schnitttemperatur
- Spanwinkel zu klein
- Schnittgeschwindigkeit zu gering
- falscher Schneidstoff
- fehlende Kühling
Maßnahmen:
- Schnittgeschwindigkeit erhöhen
- Schneidengeometrie dem Bearbeitungsprozess anpassen
- eine wirksame Kühlung einsetzen
- Schneidstoff mit Beschichtung wählen
plastische Verformung
Bei zu hohen Bearbeitungstemperaturen und mechanischer beanspruchung kann es dazu führen, dass der Schneidstoff erweicht und sich plastisch Verformt.
Ursachen:
- zu hohe Temperatur
- zu hohe Schnittgeschwindigkeit und Vorschub
- Beschädigung der Beschichtung
Maßnahmen:
- Schnittgeschwindigkeit senken
- Vorschub und damit Spanquerschnitt verkleinern
- Anstellwinkel verkleinern
- Schneidstoff kühlen
- rechtzeitig die Schneidplatte wechseln
Ausbröckelung
Bei sehr hoher mechanischer Belatung und hohen Temperaturspannungen können Schneidstoffpartikel aus der Schneidkante herausbrechen. Folgen sind eine ungleichmäßige Abnutzung der Schneidkante und dadurch eine mangelde Oberflächenbeschaffenheit am Werkstück. Einkerbungen und Abblättern einzelner Partikel sind können zu einem Werkzeugbruch führen.
Ursachen:
- Schneidstoff zu spröde (verschleißfest)
- Vibrationen
- Schneidengeometrie ist zu schwach
- bildung einer Aufbauschneide
- Vorschub oder Schnitttiefe zu hoch
- Spanabtransport nicht gegeben
- unterbrochener Schnitt
Maßnahmen:
- zäheren Schneidstoff verwenden
- negative Schneidengeometri wählen
- Spanleitstufe verwenden
- Schnittgeschwindigkeit erhöhen
- Vorschub anpassen
- Schneidkante anfasen
Kerbverschleiß
Kerbverschleiß kann an der Haupt- und an der Nebenschneide entstehen. An der Hauptschneide entsteht er durch mechanische Ursachen und an der Nebenschneide entsteht er durch Adhäsions- oder Oxidationsverschleiß. Kerbverschleiß führt zu einer mangelden Oberflächengüte und kann zu einem Schneidenbruch führen.
Ursachen:
- Oxidation
- mechanischer Abrieb
Maßnahmen:
- Schneidstoff mit geeigneter Beschichtung wählen
- Schnittgeschwindigkeit und Vorschub verringern
- Spanwinkel vergrößern
Kammrissbildung
Kammrisse entstehen durch hohe Temperaturschwankungen. Das Schneidmaterial ermüdet und es entsthen senkrechte Risse zur Schneidkante. Wärend des Schneidvorgangs können Schneidstoffpartikel in die Risse gelangen und zu Ausbröckelungen führen. Infolge dessen kann es auch zu einem plötzlichen Schneidenbruch führen.
Ursachen:
- ungleichmäßige Kühlschmierung
- unterbrochener Schnitt
- variierende Spandicken
Maßnahmen:
- Kühlung gleichmäßig zuführen. Bei Hartmetall und Keramik auf kühlung verzichten
- Schneidstoffe mit hoher Zähigkeit und hoher Temperaturwechselbeständigkeit verwenden
Quellenangaben
Bücher:
- Grundlagen der Fertigungstechnik ISBN: 3-446-40745-6
- GARANT Zerspanungshandbuch ISBN: 3-00-016882-6
Internet:
