Der Stromverbrauch beim Metallschneiden wird in Form von Schneidw?rme und Reibung ausgedrückt. Diese Faktoren machen das Werkzeug unter schlechten Bearbeitungsbedingungen, mit hoher Oberfl?chenbelastung und hoher Schnitttemperatur. Der Grund für die hohe Temperatur liegt darin, dass der Span mit hoher Geschwindigkeit an der Stirnfl?che des Werkzeugs entlang gleitet, wodurch ein hoher Druck und eine starke Reibung an der Schneidkante entstehen.

Zusammenbruch

Bei der Bearbeitung trifft die Schneide auf den harten Punkt in der Mikrostruktur des Bauteils oder schneidet intermittierend, was zu Schwankungen der Schnittkraft führen kann. Daher hat das Schneidwerkzeug die Eigenschaften hoher Temperaturbest?ndigkeit, hoher Z?higkeit, hoher Verschlei?festigkeit und hoher H?rte.

Rillenverschlei?

Im letzten halben Jahrhundert wurde viel Forschungsarbeit geleistet, um die Leistung von Schneidwerkzeugen kontinuierlich zu verbessern. Einer der entscheidenden Faktoren, die die Verschlei?rate fast aller Schneidstoffe beeinflussen, ist die bei der Bearbeitung erreichte Schnitttemperatur. Leider ist es schwierig, die Parameter der Schneidtemperaturberechnung zu definieren, aber experimentelle Messungen k?nnen die Grundlage für empirische Formeln liefern.

Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass die gesamte beim Schneidprozess erzeugte Energie in Schneidw?rme umgewandelt wird und 80% der Schneidw?rme von den Sp?nen abgeführt wird

Der numerische Wert ?ndert sich mit einigen Faktoren, und die Schnittgeschwindigkeit ist der Hauptfaktor. Dadurch gelangen etwa 20% der W?rme in das Werkzeug. Selbst wenn kohlenstoffarmer Stahl geschnitten wird, kann die Werkzeugtemperatur 550 ℃ überschreiten, was die h?chste Temperatur ist, die HSS aushalten kann. Beim Schneiden von geh?rtetem Stahl mit einem CBN-Werkzeug kann die Temperatur von Werkzeug und Span 1000 °C überschreiten.

Zusammenhang zwischen Werkzeugverschlei? und Standzeit

Werkzeugverschlei?muster k?nnen in die folgenden Kategorien unterteilt werden:

Verschlei? der hinteren Schneidfl?che

Rillenverschlei?

Kraterverschlei?

Zusammenbruch der Schneide

Hei?er Riss

Burst-Fehler

Derzeit gibt es in der Branche keine allgemein anerkannte einheitliche Definition der Standzeit. Die Angabe der Standzeit für Werkstückstoff und Schneidtechnologie ist erforderlich. Ein Verfahren zur Quantifizierung der Werkzeuglebensdauer besteht darin, einen akzeptablen maximalen Verschlei?wert der Rückseite zu definieren, dh VB oder VBmax.

Verschlei? der hinteren Schneidfl?che

Aus mathematischer Sicht kann die Standzeit durch die folgende Formel ausgedrückt werden. Die Taylor-Formel bietet eine gute ungef?hre Berechnungsmethode für die Vorhersage der Werkzeuglebensdauer.

Vctn = C, was die allgemeine Form der Taylor-Formel ist. Die relevanten Parameter sind wie folgt:

VC = Schnittgeschwindigkeit

T = Standzeit

D = Schnitttiefe

F = Vorschub

X und y werden experimentell bestimmt. N und C sind durch Experimente oder Erfahrungswerte ermittelte Konstanten. Sie unterscheiden sich durch unterschiedliche Werkzeugmaterialien, Werkstückmaterialien und Vorschübe.

Aus praktischer Sicht sollten drei Schlüsselelemente beachtet werden, um überm??igen Werkzeugverschlei? einzud?mmen und hohe Temperaturen zu überwinden: Substrat, Beschichtung und Schneidkantenbehandlung. Jedes Element h?ngt mit dem Erfolg oder Misserfolg der Metallzerspanung zusammen. Diese drei Elemente, kombiniert mit der Form der Spanrollnut und dem Verrundungsradius der Werkzeugspitze, bestimmen die anwendbaren Materialien und Anwendungsf?lle jedes Werkzeugs. Alle oben genannten Parameter sorgen zusammen für eine lange Lebensdauer des Schneidwerkzeugs und spiegeln schlie?lich die Wirtschaftlichkeit und Zuverl?ssigkeit der Verarbeitung wider.

Matrix

Hartmetallwerkzeuge mit Verschlei?festigkeit und Z?higkeit haben ein breiteres Spektrum an Bearbeitungsanwendungen. Werkzeuglieferanten kontrollieren normalerweise den WC-Korngr??enbereich von 0,3 μm bis 5 μm, um die Leistungsf?higkeit der Matrix zu erfassen. Die WC-Korngr??e hat einen gro?en Einfluss auf die Leistung der Werkzeugzerspanung. Je kleiner die WC-K?rnung ist, desto verschlei?fester ist das Werkzeug; im Gegenteil, je gr??er die WC-Korngr??e ist, desto besser ist die Werkzeugz?higkeit. Die Schaufeln aus ultrafeiner Kornmatrix werden haupts?chlich zur Verarbeitung der verarbeiteten Materialien in der Luft- und Raumfahrtindustrie wie Titanlegierungen, Inconel-Legierungen, Hochtemperaturlegierungen usw. verwendet.

Akkumulationstumor

Zus?tzlich kann die Z?higkeit der Matrix deutlich verbessert werden, indem der Kobaltgehalt von 6% auf 12% angepasst wird. Daher muss lediglich die Zusammensetzung des Matrixmaterials den Anforderungen an das Werkzeug hinsichtlich Z?higkeit und Verschlei?festigkeit in der Anwendung der Metallbearbeitung angepasst werden.

Die Eigenschaften der Matrix k?nnen nicht nur durch die an die Oberfl?chenschicht angrenzende kobaltreiche Schicht verbessert werden, sondern auch durch selektives Hinzufügen anderer Arten von Legierungselementen zum Hartmetall, wie z. B. Titankarbid (TIC), Tantalkarbid (TAC), Vanadiumcarbid (VC) und Niobcarbid (NBC). Die kobaltreiche Schicht verbessert die Schneidkantenfestigkeit erheblich, wodurch das Werkzeug eine hervorragende Leistung bei Schruppbearbeitung und intermittierenden Bearbeitungsanwendungen aufweist.

Hei?er Riss

Darüber hinaus sollten zur Abstimmung auf das Werkstückmaterial und die spezifischen Verarbeitungsanforderungen die folgenden fünf physikalischen Eigenschaften bei der Auswahl der geeigneten Matrix berücksichtigt werden: Schlagz?higkeit, Querbruchfestigkeit, Druckfestigkeit, H?rte und thermische Schlagz?higkeit.

Glasur

Zu den g?ngigen Beschichtungsmaterialien auf dem Markt geh?ren derzeit:

Titannitrid (TIN) – normalerweise PVD-Beschichtung, hat die Eigenschaften einer hohen H?rte und einer hohen Oxidationsbest?ndigkeitstemperatur.

Titannitridkarbid (TiCN) – die Zugabe von Kohlenstoff kann die H?rte und Selbstschmiereigenschaft der Beschichtung verbessern.

Titan-Aluminium-Nitrid (TiAlN oder AlTiN) – bestehend aus einer Schicht aus Aluminiumoxid, verl?ngert die Standzeit bei Anwendungen mit hohen Schnitttemperaturen, insbesondere bei Quasi-Trocken-/Trockenschnitt. Im Vergleich zur TiAlN-Beschichtung ist die Oberfl?chenh?rte der Beschichtung aufgrund des unterschiedlichen Verh?ltnisses von Aluminium zu Titan h?her. Dieses Beschichtungsschema ist sehr geeignet für Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsanwendungen.

Chromnitrid (CRN) – mit den Vorteilen hoher H?rte und hoher Verschlei?festigkeit ist die L?sung der ersten Wahl, um der Spanbildung zu widerstehen.

Diamant (PCD) – hat die beste Verarbeitungsleistung von Nichteisenlegierungsmaterialien, insbesondere für die Verarbeitung von Graphit, Metallmatrix-Verbundwerkstoffen, Aluminiumlegierungen mit hohem Siliziumgehalt und anderen Schleifmaterialien. Es ist überhaupt nicht geeignet, Stahl zu bearbeiten, da die chemische Reaktion die Kombination aus Beschichtung und Substrat zerst?rt.

Kraterverschlei?

Durch die Analyse der Entwicklung von Beschichtungsmaterialien und des Wachstums der Marktnachfrage in den letzten Jahren k?nnen wir sehen, dass PVD-beschichtete Werkzeuge beliebter sind als CVD-beschichtete Werkzeuge. Die Dicke der CVD-Beschichtung variiert im Allgemeinen zwischen 5 und 15 Mikron

Die Dicke der PVD-Beschichtung liegt im Allgemeinen zwischen 2–6 &mgr;m. Wenn eine CVD-Beschichtung auf die obere Oberfl?che des Substrats aufgebracht wird, wird bei der CVD-Beschichtung eine Zugspannung erzeugt, w?hrend bei der PVD-Beschichtung eine Druckspannung erzeugt wird. Diese beiden Faktoren haben einen erheblichen Einfluss auf die Schneide, insbesondere auf die Werkzeugleistung beim intermittierenden Schneiden oder bei der kontinuierlichen Bearbeitung. Die Zugabe neuer Legierungselemente im Beschichtungsprozess ist nicht nur vorteilhaft, um die Haftung der Beschichtung zu verbessern, sondern auch um die Eigenschaften der Beschichtung zu verbessern.

Schneidkantenbehandlung der Klinge

In vielen F?llen entscheidet die Schneidkantenbehandlung (Passivierung) über Erfolg oder Misserfolg der Bearbeitung. Die Passivierungsparameter werden durch die voreingestellte Anwendung bestimmt. Beispielsweise unterscheidet sich die für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Stahl erforderliche Schneidkantenbehandlung grundlegend von der für die Schruppbearbeitung.

Im Allgemeinen erfordert das kontinuierliche Drehen eine Passivierung der Schneidkante, ebenso wie die meisten Fr?sarbeiten an Stahl und Gusseisen. Für eine stark intermittierende Bearbeitung ist es notwendig, die Passivierungsparameter zu erh?hen oder die Schneidkante mit negativem T-Fasen anzufasen.

Im Gegensatz dazu ist es bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl oder Superlegierungen erforderlich, die Klinge zu passivieren, um einen kleinen Passivierungsradius zu erhalten, und eine scharfe Schneidkante anzunehmen, da es bei der Bearbeitung solcher Materialien leicht zu einer Spanbildung kommt. Auch bei der Bearbeitung von Aluminium ist eine scharfe Schneide gefragt.

In der Geometrie bietet iska ein breites Spektrum an Klingen mit spiralf?rmiger Schneide, deren Profil entlang der Achse progressiv um eine Zylinderfl?che verteilt ist. Die Richtung der Spiralklinge ?hnelt einer Helix. Einer der Vorteile des Spiralkantendesigns besteht darin, den Schneidprozess glatt und überm??ig zu gestalten, Rattern zu reduzieren und eine h?here Oberfl?chengüte zu erzielen. Darüber hinaus kann die spiralf?rmige Schneide mehr Schnittlast tragen, was die Schnittkraft reduzieren und gleichzeitig mehr Metall entfernen kann. Ein weiterer Vorteil von spiralf?rmigen Schneidwerkzeugen ist, dass sie eine l?ngere Standzeit haben, weil sie eine geringere Schnittkraft und Hitze haben.