Niedrige Bearbeitung

Stähle mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt bilden das Rückgrat praktisch jeder Werkstatt für allgemeine technische Anwendungen und gefertigte Teile.

Was sie definiert, ist der Kohlenstoffanteil im Stahl; 0,15 bis 0,30 Prozent für „weichen“ Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und 0,30 bis 0,60 Prozent für Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt. Laut cnccookbook.com werden unlegierte Stähle aufgrund ihrer guten Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit in Kombination mit niedrigen Kosten weit verbreitet eingesetzt. Die meisten Qualitäten sind kaltgeformt oder warmgewalzt erhältlich. Weicher Stahl wird für Teile verwendet, die einsatzgehärtet sein können, deren Kernfestigkeit jedoch nicht entscheidend ist. Aufgrund der günstigen Kosten des Materials verwenden Hersteller es häufig für großvolumige Teile wie Schraubenmaschinenteile, Wellen, leicht beanspruchte Zahnräder sowie strapazierfähige Oberflächen, Stifte und Ketten. Weitere Anwendungen umfassen Schweißkonstruktionen, Getriebe, Antriebsstränge und allgemeine technische Teile.

Weichstähle bereiten jedoch Probleme beim Drehen, Bohren und Fräsen. Es handelt sich um weiche und gummiartige Materialien, die häufig lange, problematische Späne bilden. Es ist keine Überraschung, dass die am häufigsten gestellte Frage bei der Verarbeitung dieser Stähle die Frage ist, wie man den Span bricht. Antworten finden sich in der Spankontrolle durch Vorschubgeschwindigkeit, Schnitttiefe und Auswahl der Wendeschneidplattengeometrie.

Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt weist eine ausgewogene Duktilität und Festigkeit sowie eine gute Verschleißfestigkeit für große Teile, Schmiedeteile und Automobilkomponenten auf. Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt sind stärker und härter als Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, lassen sich jedoch schwieriger formen, schweißen und schneiden.

In einer Diskussion sagten Dave Zunis, Leiter Service und Anwendungstechnik, Absolute Machine Tools, Lorain, Ohio; Craig Adorni, Anwendungsingenieur, Absolute Machine Tools; und Rich Ford, leitender Vertriebsingenieur/MTI bei Kennametal Inc., Pittsburgh, skizzierten Ansätze zur Auswahl des richtigen Schneidwerkzeugs und der richtigen Schnittdaten, um den Herausforderungen bei der Bearbeitung von kohlenstoffarmem Stahl gerecht zu werden. Informationen über das richtige Schneidwerkzeug, die Wendeschneidplattengeometrie, Bearbeitungsgeschwindigkeiten und Vorschübe für die Anwendung finden Sie online im Engineering Calculator von Kennametal oder in der proprietären Schneidwerkzeugdatenbank NOVO.

Adorni wies auf offensichtliche Probleme beim Bohren von Löchern und beim Spanbrechen hin. „Wenn Sie ein Loch bohren und die Späne auf das Werkzeug und den Werkzeughalter treffen, dürfen diese Späne nicht im Weg sein, Sie müssen also sicherstellen, dass Sie den Span brechen.“

Laut Zunis hat es eindeutig Auswirkungen auf die Automatisierung, wenn die Chips nicht kaputt gehen. „Wenn der Bohrer oder der Gewindebohrer eine Menge Späne hinterlässt, können diese beispielsweise einen Roboter daran hindern, das Teil zu greifen“, sagte er. „Bei den besten Mahlanwendungen entsteht ein Chip, der wie Popcorn aussieht, wie eine kleine Sechs oder eine kleine Neun, die man tatsächlich in der Hand halten kann. Es werden winzige Chips wie Popcorn sein, die überall herumfliegen; Sie sind nicht miteinander verbunden und wirken nicht wie eine lange Schnur.

„Aber bei kohlenstoffarmen Stählen kann es passieren, dass ein Splitter entsteht, der wie ein Adlernest aussieht und sich um den Bohrer wickelt und überallhin geschleudert wird“, fuhr er fort. Er stellte fest, dass ein Luftstoß die Späne normalerweise nicht aus dem Weg räumen kann – sie müssen zerbrochen werden. Dies kann durch Erhöhen der Vorschubgeschwindigkeiten oder durch Ändern der Geometrie des Einsatzes erreicht werden, sodass der Span in kleinen Stücken abfällt und „die Späne praktisch explodieren“, sagte er.

Das Laufen mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit erscheint attraktiv. „Aber Kunden haben oft Angst davor, die neueren Maschinen mit der richtigen Vorschubgeschwindigkeit laufen zu lassen, weil sie altmodisch sind und es gewohnt sind, die Maschinen zu langsam laufen zu lassen, was typischerweise zu langen Spänen führt“, sagte Adorni. „Aber wenn man die Vorschubgeschwindigkeit erhöhen kann, besteht die Tendenz, dass der Span bricht. Einige Maschinisten berücksichtigen nicht die neuere Technologie der CNCs, Einsätze und Werkzeuge, die so hergestellt sind, dass bei Erreichen einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit, für die das Werkzeug konzipiert oder entwickelt wurde, der Span brechen oder abbrechen kann. Aber wenn man das nicht schafft und die Geometrie des Werkzeugs nicht wie vorgesehen nutzt, entsteht ein großer, langer Span, der Probleme im Werkzeugwechsler verursacht.“

Laut Sandvik Coromant, Fair Lawn, NJ, bietet die neue Schneidwerkzeugtechnologie eine bessere Möglichkeit, sich diesen Stahlsorten zu nähern. Das Unternehmen hat eine neue Hartmetallsorte auf den Markt gebracht – GC4415/GC4425 mit einer Inveo-Beschichtung der zweiten Generation. Die neue Sorte, die sowohl mit ISO-förmigen als auch mit proprietären Tascheneinsätzen erhältlich ist, eignet sich zum Drehen niedriglegierter und unlegierter Stähle in der Massen- und Serienproduktion.

„Die neuen Sorten sind in jeder Hinsicht neu“, sagte Keith Brake, Drehspezialist bei Sandvik Coromant. „Wir haben die Beschichtung, das Substrat und unseren Nachbehandlungsprozess verbessert. Diese Verbesserungen haben uns einen zuverlässigen und effizienten Prozess für Stahldrehanwendungen beschert, da die Sorten sowohl bei Schrupp- als auch bei Schlichtanwendungen eine gute Leistung erbringen und eine um 25 Prozent höhere Standzeit aufweisen. Dank des neuen Substrats kann GC4425 auch bei Anwendungen mit unterbrochenem Schnitt gut funktionieren, wo andere P25-Wendeschneidplatten möglicherweise Probleme haben. All diese Dinge tragen zu einer besseren Leistung und Werkzeuglebensdauer für unsere Kunden bei.“

Laut Brake ist bei allen Bearbeitungsanwendungen eine kontrollierte Spanung von entscheidender Bedeutung. Dies kann bei weicheren, gummiartigeren Materialien wie Weichstahl besonders schwierig sein. „Ein unkontrollierter Span kann zu einem vorzeitigen Ausfall der Wendeschneidplatte, zum Ausschuss von Teilen oder, was noch schlimmer ist, zu einem verletzten Mitarbeiter führen. Sandvik Coromant verfügt über eine Vielzahl von Spanbrechergeometrien, wobei mir für diese Art von Anwendung zuerst „LC“ in den Sinn kommt. Dieser Spanbrecher kann in Kombination mit den richtigen Schnittdaten hervorragende Ergebnisse liefern.

„Für Kunden, die ihre Produktivität steigern möchten, haben wir auch die neuen Sorten unserer CoroTurn Prime-Familie auf den Markt gebracht“, fuhr er fort. „PrimeTurning ist keine neue Technologie, aber wir haben mit den neuen Stahldrehsorten, insbesondere den 4425 CoroTurn Prime 'B'-Wendeschneidplatten, dramatische Verbesserungen bei der Werkzeugstandzeit und der Konsistenz festgestellt. Eine Reduzierung des Schruppzyklus um 30 Prozent ist mit CoroTurn Prime keine Seltenheit.“ Er sagte auch, dass der CoroTurn Prime in der Lage sei, Radien und quadratische Schultern ohne zusätzliche Werkzeuge zu erstellen.

Sandvik Coromant hat Fallstudien für seine GC4425/GC4415-Wendeschneidplatten „in vielen Stahldrehanwendungen in vielen verschiedenen Materialien dokumentiert und die Sorte wurde gerade erst veröffentlicht“, sagte Brake. „Die Automobilbranche und der allgemeine Maschinenbau können die neuen Güten wunderbar nutzen, aber diese Güten sind nicht nur auf diese Bereiche beschränkt. Wenn Sie Stahl drehen, bieten GC4415 und GC4425 Verbesserungen.“

Ein weiteres Problem mit der Gummiigkeit von kohlenstoffarmem Stahl ist seine Tendenz zur Bildung von Aufbauschneiden (BUE) an Werkzeugen. Laut Randy Hudgins, nationaler Produktmanager für Drehen und Gewindeschneiden, verwendet Iscar USA, Arlington, Texas, verschiedene Ansätze, um dieses Problem zu lösen. Die Sumo Tec-Oberflächenbehandlung von Iscar glättet die Oberseite des Einsatzes, sodass das Material leichter über den Einsatz gleiten kann und BUE verhindert wird. Darüber hinaus hat Iscar kürzlich eine Auswahl neuer Spanformer für die Stahlbearbeitung entwickelt, die von schweren Schnitten bis hin zu Schlichtschnitten reicht.

„Ein wichtiges Hilfsmittel für unsere Kunden ist die Nomenklatur für unsere Spanformer“, sagte Hudgins. „Es ermöglicht Endbenutzern, den richtigen Chipformer einfach zu identifizieren und auszuwählen. Nehmen wir zum Beispiel einen Dash-M3P-Chip-Former. Der erste Buchstabe M gibt den Mediumauftrag an, die 3 gibt die Standard-Mediumvorschubgeschwindigkeit an und das P am Ende bezeichnet das Material (Stahl). Iscar reicht bis zum F1P, mit F für Schlichten, 1 für niedrige Vorschubgeschwindigkeit und wiederum P für Stahl.“

Die Spankontrolle ist in Massenproduktionsindustrien wie der Automobilindustrie von entscheidender Bedeutung, wo kohlenstoffarmer Stahl für Teile wie Getriebewellen, Lenkwellen und, nun ja, Wellen aller Art verwendet wird. Warum? Die Automobilindustrie ist auf den Einsatz zahlreicher Robotik angewiesen und kann es sich nicht leisten, die Produktion einzustellen, während die Maschinen von Spänen befreit werden. Laut Hudgins gilt dies insbesondere für lange, kontinuierliche Kurvenfahrten.

„Wir stoßen auf eine Vielzahl von Produktionsmaschinen zum Drehen von Teilen aus kohlenstoffarmem Stahl, darunter Mehrspindel-, Doppelspindel- und Multifunktionsmaschinen sowie Langdrehmaschinen und CNC-Drehautomaten“, sagte er.

Als Alternative zu herkömmlichen ISO-Dreheinsätzen hat Iscar die Produktlinie CXMG Logiq4Turn eingeführt, die die Schneidkanten von Wendeschneidplatten mit positivem Spanwinkel verdoppelt, die für allgemeine Drehanwendungen vorgesehen sind. „Es ist eine wirtschaftliche Lösung für das 80°-Drehen und bietet doppelseitige, positive Wendeschneidplatten mit vier Schneidkanten, die die positiven Wendeschneidplatten mit zwei Schneidkanten problemlos ersetzen können. Die Schwalbenschwanzform passt in ein einzigartiges Taschendesign und gewährleistet eine bessere Positionierung und Stabilität der Wendeschneidplatten, um eine längere Standzeit des Wendeschneidplattenwerkzeugs zu gewährleisten“, sagte Hudgins. „Die Halter sind mit oder ohne Kühlmittelkanäle durch das Werkzeug erhältlich.“

Darüber hinaus funktionieren die neuen doppelseitigen CXMG-Wendeschneidplatten ähnlich wie positive CCMT-Wendeschneidplatten und können Standard-CCMT-Wendeschneidplatten ersetzen. In einigen Anwendungen, wie zum Beispiel bei langen Wellen, entlastet die positive CXMG-Geometrie viel Druck und ist dennoch stabil. Aufgrund der Schwalbenschwanzgeometrie können sie auch standardmäßige negative CNMG-Wendeschneidplatten ersetzen.

Wenn es um Lochherstellungsprozesse wie Bohren und Bohren geht, ist kohlenstoffarmer Stahl aufgrund seiner Gummiart eine Herausforderung, stimmte Jack Burley, Vizepräsident für Vertrieb und Technik bei BIG Kaiser Precision Tooling Inc., Hoffman Estates, Illinois, zu. „Aus meiner Sicht sind viele Unternehmen der Meinung, dass kohlenstoffarme Stähle leicht zu bearbeiten sind, basierend auf dem Erfolg, den sie mit Bohrwerkzeugen haben, typischerweise den Bohrern und Bohrwerkzeugen, die sie bei uns kaufen. [Allerdings] erfordert die geringe Zugfestigkeit von kohlenstoffarmem Stahl mehrere Dinge in der Werkzeuggeometrie, um beim Bohren und Bohren erfolgreich zu sein. Für die Bohrtiefe sollte die Kühlmittelzufuhr genau in den Schnitt gerichtet sein, mit genügend Druck, um die Späne zu brechen“, sagte Burley.

Beim Tieflochbohren ist die Kühlflüssigkeit besonders wichtig, etwa beim vertikalen Tieflochbohren, wo es unbedingt erforderlich ist, dass die Späne abgeführt werden. „Was ich mit Tieflochbohren meine, ist das Vierfache des Lochdurchmessers“, sagte Zunis von Absolute Machine Tools. „Normalerweise gilt das Dreifache oder weniger als normal, aber wenn Sie den Spandurchmesser auf das Vierfache, Fünffache oder Sechsfache erhöhen wollen, müssen Sie den Span aus dem Loch herausbekommen. Es ist von Vorteil, beim Bohren Hochdruckkühlmittel zu verwenden, aber ohne ausreichende Vorschubgeschwindigkeit wird selbst das Kühlmittel nicht dabei helfen, den Span zu brechen. Vorschübe, Schnitttiefe und die Verwendung der richtigen Wendeschneidplatte und des richtigen Werkzeughalters sind die Hauptfaktoren für den Spanbruch.“

Laut Burley bietet BIG Kaiser verschiedene Arten von Bohrern an, darunter Hartmetallbohrer, Spatenbohrer und Wendeschneidplattenbohrer. „Bei Wendeschneidplattenbohrern ist die Vorschubmenge, die zum Brechen eines Spans erforderlich ist, jedoch so hoch, dass sie möglicherweise die Kapazität der Ausrüstung übersteigt“, fügte er hinzu.

Dies gilt auch für das Bohren von Löchern in Schweißkonstruktionen für Land- und Baugeräte sowie Maschinenrahmen, wo üblicherweise kohlenstoffarmer Stahl verwendet wird. „Das Metall ist normalerweise nicht sehr rein, so wie es aus Gießereien kommt, daher hat man es mit vielen Teilen im Material zu tun, die bei der Bearbeitung problematisch sein können“, sagte Burley. „In diesen Bereichen ist es ein doppeltes Problem, denn wenn man sich gefertigte Teile ansieht, bohrt man Löcher in große, dünnwandige Werkstücke, hinter denen sich nicht viel Struktur befindet. Wenn man anfängt, auf das Schweißstück oder den Rahmen zu drücken, gibt es ein wenig nach und federt zurück, was für einen Bohrer oder ein Bohrwerkzeug ziemlich hart ist, insbesondere beim Schruppen. Im Laufe der Jahre haben wir verschiedene Möglichkeiten untersucht, wie diese Art von Teilen und Löchern bearbeitet werden können, einschließlich Zirkularfräsen für besonders große Löcher.“

Langweilig ist laut Burley eine etwas andere Geschichte. Wenn die Löcher für gefertigte Schweißkonstruktionen größer werden, brennen Werkstätten die Löcher nicht mehr mit einem Bohrer aus, sondern müssen sie nicht bohren, sondern nutzen stattdessen einen Doppelschneider zum Bohren des Lochs mit quadratischen Einsätzen und Doppelbohrungen mit ausgewogenem Schnitt. Ausbrennlöcher sind eine harte Belastung für Werkzeuge und Maschinen, aber mit dem richtigen Werkzeug, den richtigen Vorschüben und Geschwindigkeiten sowie der richtigen Wendeschneidplatte können Werkstätten die Anwendung sehr effektiv durchführen.

„Das Feinbohren bringt ganz besondere Herausforderungen mit sich“, sagte er. „Bei einer Schnitttiefe von weniger als 0,020 Zoll [0,508 mm] ist es fast unmöglich, den Span zu brechen, und er fängt an, sich wie eine Schuhschnur um das Werkzeug zu wickeln, was große Probleme mit der Oberflächenbeschaffenheit und der Bearbeitung verursacht Die Fähigkeit des Werkzeugs, ein Loch genau zu bohren. Wenn Sie versuchen, unterschiedliche Geschwindigkeiten und Vorschübe zu verwenden und Kühlmittel aufzutragen, entscheiden Sie sich am Ende für höhere Vorschübe und größere Schnitttiefen – allesamt Faktoren, die zusammengenommen der Erzielung höherer Oberflächengüten entgegenwirken engere Toleranzen.“

Letztes Jahr stellte BIG Kaiser sogenannte einzigartige Spanbrecher für feingebohrten kohlenstoffarmen Stahl vor. „Diese Wendeschneidplatten sind mit unserer ELM-Geometrie bis zu einem Nasenradius von 0,008 Zoll [0,2032 mm] erhältlich“, sagte Burley. „Der Spanbrecher wurde in die Wendeschneidplatte gedrückt, sodass wir den Span eng aufwickeln können. Selbst bei einem flachen DOC weniger.“ Wenn die Späne kleiner als 0,010 Zoll [0,254 mm] sind, können wir die Späne immer noch ziemlich gut aufwickeln, sodass die Späne weniger mühsam aus dem Loch entfernt werden können.“

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