Einfluss von Spanleit-/Spanbruchgeometrien
| Auftraggeber | GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V. Näherstiller Strasse 10 98574 Schmalkalden |
| Branche | 24 Metallerzeugung und -bearbeitung |
| Projektart | Forschungs- / Entwicklungsprojekt |
| Zielstellung | Das Ziel des Vorhabens besteht in der Verfügbarkeit von nachnutzbaren Kenntnissen zu den Zusammenhängen zwischen Spanleit-/Spanbruchgeometrie, Zerspanparametern und Fertigungsergebnis speziell beim Drehen von Zonenübergängen hart-weich. Dabei sind die Verfahrensvarianten Längsdrehen (abrupter und allmählicher Zonenübergang hart-weich/weich-hart in Längsrichtung und Unterschneiden einer harten Randschicht) sowie Einstechen (Zonenübergang hart-weich in Einstechrichtung) einbezogen. Schneidstoffseitig wird polykristallines kubisches Bornitrid (CBN, PKB) eingesetzt. Vergleichsversuche werden auch mit Keramikwerkzeugen realisiert. Abschließend erfolgen der Nachweis der Anwendbarkeit der Ergebnisse in der Praxis und ein Wirtschaftlichkeitsvergleich. Durch die Forschungen soll es möglich werden, Wirrspäne und unkontrollierte Schneidplattenbrüche bei der Zerspanung von Zonenübergängen zu vermeiden, die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu verbessern und die Prozesssicherheit bei der Realisierung der genannten Zerspanungsaufgaben signifikant zu erhöhen. |
| Lösungsweg | Lösungsweg/ erste Ergebnisse Da sich beim Längs- und Stechdrehen die Mechanismen des Spanbruchs unterscheiden, werden für beide Varianten systematisch getrennte Analysen durchgeführt. Im Ergebnis der Voruntersuchungen wurde sich zunächst auf das Problemfeld „weiche Zone" konzentriert. Zusätzlich erfolgte im Vorfeld eine Simulation des Spanflusses mittels FEM-Ablaufsimulation. Bild 1 zeigt das tendenzielle Verhalten im Vergleich unterschiedlicher Wendeschneidplatten- Geometrien. Im folgenden Schritt wurden Zerspanungsversuche sowohl mit handelsüblichen als auch mit speziell für diese Testaufgabe präparierten Testwerkzeugen aus CBN und Keramik durchgeführt. Dazu wurden aus vorliegenden Projekterkenntnissen der allgemeinen Hart-Weich-Bearbeitung technologische „Problemparameter" gewählt und diese zunächst in weichem Material angewendet. Aufgezeichnet wurden Hochgeschwindigkeitsvideos des Spanablaufes, ebenso erfolgten Messungen der Zerspanungskräfte sowie Auswertungen des Werkzeug- und Werkstückzustandes nach der Bearbeitung. Erste Ergebnisse enthalten Hinweise auf verbesserten Spanbruch in Abhängigkeit von den einzelnen eingesetzten Geometrien. Bild 2 zeigt Hochgeschwindigkeitsaufnahmen des Bearbeitungsprozesses und die dabei entstandenen Spanformen bei verschiedenen eingesetzten Makrogeometrien. Im oberen Teil des Bildes ist der Prozess mit der ursprünglichen Geometrie zu sehen, im unteren Teil des Bildes ist die Auswirkung der modifizierten Geometrie ersichtlich. |
| Ausblick | Die mit der erfolgten Werkzeugmodifikation einhergehende Veränderung der mechanischen und thermischen Stabilität der Schneidkante werden in ihrer Auswirkung auf die Standzeit der Werkzeuge umfassend untersucht. Des Weiteren werden sich die Arbeiten mit der Systematisierung und Optimierung der gefundenen Lösungen durch weitere Untersuchungspunkte sowie der Anwendung in zonierten Werkstücken beim Längsdrehen und der Untersuchung des Stechdrehens befassen. |