Schneidstoffe in der spannenden Werkstuckbearbeitung

Schneidstoffe in der spannenden Werkstückbearbeitung:

Als Schneidsoffe bezeichnet man Werkstoffe, die für den Schneidteil von spanenden Werkzeugen verwendet werden.. Die Art der Beanspruchungen der Schneidstoffe ist außerordentlich vielfältig und führt zu einer Reihe von zu fordenden Eigenschaften, wie z.B.:

n     Härte und Druckfestigkeit

n     Biegefestigkeit und Zähigkeit

n     Kantenfestigkeit

n     innere Bindefestigkeit

n     Warmfestigkeit oder Wärmehärte

n     geringe Oxidations-, Diffusions, Korrosions und Klebneigung

n     Abtriebfestigkeit

Tabelle 4-1 !

Bei den Schneidstoffen unterscheidet man zwischen:

Beschichtbare Schneidstoffe

Harte Schneidstoffe

Sonstige Schneidstoffe

Ab welcher Schnittgeschwindigkeit welche Schneidstoffe zum Einsatz kommen sieht man auf der Grafik (1). S243

Beschichtbare Schneidstoffe:

Das wichtigsten Verfahren zur Beschichtung mit Hartstoffen sind die CVD und die PCD-Methode.

CVD-Verfahren:

Beim CVD-Verfahren erolgt der Schichtaufbau chemisch durch Abscheiden der Hartstoffe as der Gasphase.Die Prozeßtemperatur liegt bei 800°bis 1000°C. Dadurch  ist dieses Verfahren vor allem für Hartmetalle geeignet.

Ein besonderer Vorteil der CVD-Technik ist, daß mehrlagige Schichten aus verschiedenen Hartstoffen hergestellt werden können ("Hybridbeschichtung").

PVD-Verfahren:

Beim PVD-Verfahren erfolgt der Schichtaufbau durch physikalische Abscheidung aus der Gasphase. Da die Prozeßtemperatur hier nur bei 400° bis 500°C liegt, eignet sich das Verfahren besonders gut für das Beschichten von Schnellarbeitsstahl (HSS) und gelöteten Hartmetallwerkzeugen. Im Gegensatz zu CVD erzeugen die Schichten heir Druckspannungen, was für das Subtrat verbessertes Zähigkeitsverhalten ergibt.

Der besondere Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß wegen der niedrigen Prozeßtemperatur Diffusionen, Phasenumwandlungen sowie Austauschreaktionen zwischen Platte und Schicht vermieden werden. Zu dem lassen sich äußerst feinkörnige Schichten mit Korngrößen von 0.1 um erzeugen. Dadurch sind sehr geringe Schichtdicken ab 1 um möglich, so daß die Werkzeuge durch die Beschichtung ihre Schneidkantenschärfe behalten.

Plasma-CVD-Verfahren:

Eine Kombination der beiden Verfahren ist das Plasma-CVD Verfahren. Dabei werden durch Niederdruck-Glimmenrladungen eines speziellen Gasgemisches bei etwa 500°C einzelne oder mehrere Schichten in beliebiger Reihenfolge abgeschieden. Die so beschichteten Platten sind egen der hohen Kantenstabilität einsetzbar beim Gewindespanen, Fräsen und Abstechen.

Man unterscheidet nun zwischen:

Niedriglegierter Werkzeugstahl:

(bis zu 5% Legierungsbestandteile)welcher noch kaum eingesetzt, höchstens für untergeordnete Anwendungen Denn die niedrige Erweichungstemperatur von etwa 400°C läßt nur geringe Schnittgeschwindigkeiten zu.

und

Hochlegierten Werkzeugstahl:

dieser wird auch Schnellarbeitsstahl  (HSS) genannt, weil er wegen der über 5%igen Legierungszusätze höhere Wärehärte besitzt und deshalb etwas größere Schnittgeschwindigkeiten zuläßt. HSS wird besonders dort eingesetzt, wo es auf Zähigkeit, große Spanwinkel und scharfe Schneide, nicht aber auf hohe Schnittgeschwindigkeit oder Wärmehärte ankommt. Typische Anwendungen sind Bohr-, Reib-, und Verzahnwerkzeuge.

Harte Schneidstoffe:

Hartmetalle:

sind gesinterte naturharte, pulvermetallurgisch hergestellte Legierungen auf Carbidbasis mit Bindemetall (Co, Ni)

Die verschiedenen Bindemetallarten begrenzen die Arbeitstemperatur der Hartmetalles.

Sie haben gegenüber Stahlwerkzeugen große Härte und Verschleißfestigkeit, hohe Druckfestigkeit und Dichte. Sie reagieren empfindlich auf Temperaturschwankungen und spezifische chemische Reaktionen. Allgemein sind die Schneidkanten gerundet oder besitzen eine fase.

Es gibt drei bedeutende Gruppen bei Hartmetallen welche die Eigenschaften wesentlich beeinflußen.

Eine Gruppe besteht aus WC(Wolframcarbit) mit Zulegierung von TiC(Titancarbit), Ta(Nb)C(Tantalcarbit) und Co(Cobalt). Sie sind bei hohen Schnittgeschwindigkeiten relativ diffusionsfest. Deshalb werden sie vor allem für Stahlzerpanung im oberen Schnittgeschwindigkeitsbereich benutzt.

Eine weitere Gruppe besteht vorwiegend as WC-Co-Legierung. Sie sind sehr abriebfest, Diffusion tritt leichter ein als bei der vorherigen Gruppe. Allgemeine Anwendung bei lang oder kurzspanende Werkstoffen und Nichteisenmetallen als auch bei kurzspanenden Eisenmetalle, für Nichteisen und Nichtmetalle. Wenn diese Hartmetalle eine Korngröße von durchschnittlich 0.6 um haben, spricht man von Fein oder Feinstkornhartmetall. Dadurch lassen sich scharfkantige Schneiden herstellen, und die Standzeit wird fast verdoppelt.

Eine besondere Gruppe Hartmetalle sind die Cermets, die aus gesinterten Legierungen bestehen. Cermets sind chemisch stabil, ihre geringe Oxidationsneigung verringert den Kerbverschleiß gegen über den Hartmetallen mit geringerem Kerbverschleiß. Daher entstehen auch weniger Oberflächenbeschädigungen am Werkstück.

Aus diesen Eigenschaften lassen sich die Einsatzgebiete ableiten:

Schlichtzerpanung von Stahl mit hoher Schnitt-geschwindigkeit und kleinen Spanungsquerschnitten. Da Cermets sehr feinkörnig sind, können besonders scharfkantige Schneidkanten hergestellt werden. Bei Vorschüben von 0.25 bis 0.3 mm haben Cermets meistens ihre Grenze erreicht. Darüber sind die beschichteten Hartmetalle besser geeignet.

Schneidkeramik:

Als Schneidkeramik bezeichnet man Schneidstoffe aus Aluminiumoxid (Al2O3) oder Siliciumnitrid(Si3N4) als Basis. Die Schneidkeramik wird in zwei Arten unterteilt in Reinkeramiksorten und den Mischkeramiksorten.

Die Reinkeramiksorten werden angewendet für die Schrupp- und Schlichtzerspanung von Eisengußwerkstoffen. Mischkeramiksorten eignen sich vor allem für die Drehbearbeitung von Eisengußwerkstoffen.

Da  Schneidkeramik hohe Schnittgeschwindigkeiten zuläßt kann man zB. Beim Drehen längere Werkstücke verwenden dh. bei langen Werkstücken ist es wirtschaftlich Schneidkeramik einzusetzen.

Sonstige Schneidstoffe:

Diamant und Bornitrid:

Schneidsttoffe auf der Basis von Diamant und Bornitrid werden zunehmend zum Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden benutzt. Diamant ist der härteste Schneidstoff und kann in mono- oder polykristalliner Form für die Zerspanung verwendet werden. Während monokristalliner Diamant auf Grund seiner begrenzten mechanischen Belastbarkeit nur für die Feinbearbeitung mit einer Schnittiefe bis etwa 1.5m eingesetzt werden kann, sind bei polykristallinem Diamant eine Schnittiefe bis zu 12mm und größere Vorschübe anwendbar.

Anwendung findend Diamantwerkzeuge bei der Bearbeitung von:

Leichtmetallen (Aluminium, Titan)

Schwermetallen (Kupfer, Zinklegierungen)

Edelmetallen (Platin, Gold, Silber)

Kunststoffen (faserverstärkte Kunststoffe, Polytetrafluorethylen)

anderen nicht metallischen Werkstoffen (z.B. Hartgummi, Graphit, Keramik, Glas, Gestein, Asbest)

Allerdings können Eisen-Gußwerkstoffe und Stähle  wegen der Affinität des Diamantkohlenstoffes zum Eisent nicht mit Diamant zerpant werden.

Kubisch kristallines Bornitrid(CBN):

gehört nach dem Diamanten zu den härtesten Schneidstoffen. Wegen der chemischen Beständigkeit gegenüber Eisen in Verbindung mit einer verhältnimäßigen hohen Druck und Biegefestigkeit sowie Thermostabilität ist dieser Schneidstoff besonders bei Bearbeitung von hochwarmfesten Legierungen auf Kobalt- und Nickelbasis geeignet.

Die CBN-Werkzeuge ermöglichen beim Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden bereits Oberflächengüten, die in einigen Fällen die Anwendung von Feinbearbeitungsverfahren entbehrlich machen können.

Handout:

Schneidstoffe in der spannenden Werkstückbearbeitung:

Als Schneidsoffe bezeichnet man Werkstoffe, die für den Schneidteil von spanenden Werkzeugen verwendet werden..

Einige Arten der Beanspruchungen:

n     Härte und Druckfestigkeit

n     Biegefestigkeit und Zähigkeit

n     Kantenfestigkeit

n     innere Bindefestigkeit

n     Warmfestigkeit oder Wärmehärte

n     geringe Oxidations-, Diffusions, Korrosions und Klebneigung

n     Abtriebfestigkeit

Beschichtbare Schneidstoffe:

1, Niedriglegierter Werkzeugstahl: bis zu 5% Legierungsbestandteile, wird heute kaum noch eingesetzt.

2, Hochlegierten Werkzeugstahl: mehr als 5%igen Legierungszusätze

Harte Schneidstoffe:

1, Hartmetalle: sind gesinterte naturharte, pulvermetallurgisch hergestellte Legierungen auf Carbidbasis mit Bindemetall (Co, Ni). Sie haben gegenüber Stahlwerkzeugen große Härte und Verschleißfestigkeit, hohe Druckfestigkeit und Dichte.

2,Schneidkeramik: Als Schneidkeramik bezeichnet man Schneidstoffe aus Aluminiumoxid (Al2O3) oder Siliciumnitrid(Si3N4) als Basis. Da  Schneidkeramik hohe Schnittgeschwindigkeiten zuläßt kann man zB. beim Drehen längere Werkstücke verwenden dh. bei langen Werkstücken ist es wirtschaftlich Schneidkeramik einzusetzen.

Sonstige Schneidstoffe:

Diamant und Bornitrid: Schneidsttoffe auf der Basis von Diamant und Bornitrid werden zunehmend zum Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden benutzt. Diamant ist der härteste Schneidstoff und kann in mono- oder polykristalliner Form für die Zerspanung verwendet werden.