Drehwerkzeug-Leitfaden: Wissenswertes über Werkzeuge

Die Drehmaschine, ein grundlegendes Werkzeug in der Fertigung und Zerspanung, ist stark auf ihre Werkzeuge angewiesen, um Werkstücke zu formen und zu bearbeiten. Das Verständnis der Drehwerkzeuge ist für Zerspaner aller Niveaus, von Anfängern bis zu erfahrenen Fachleuten, von entscheidender Bedeutung. Die Auswahl der richtigen Werkzeuge, das Wissen über ihre korrekte Verwendung und die ordnungsgemäße Wartung sind unerlässlich, um Präzision, Effizienz und Qualität in den Zerspanungsprozessen zu erreichen. Dieser Leitfaden bietet einen umfassenden Überblick über Drehwerkzeuge und behandelt die verschiedenen Werkzeugtypen, ihre Anwendungen und wichtige Aspekte für ihre Auswahl und Verwendung.

Arten von Drehwerkzeugen

Drehwerkzeuge lassen sich grob in mehrere Typen einteilen, die sich nach ihrer Funktion und der Art des Schnitts richten, den sie ausführen. Einspitz-Schneidwerkzeuge sind die am häufigsten verwendeten Werkzeuge an Drehmaschinen. Diese Werkzeuge haben eine einzelne Schneidkante, die Material abträgt, wenn sich das Werkstück dreht und das Werkzeug entlang oder quer dazu geführt wird. Beispiele für Einspitz-Schneidwerkzeuge sind Drehstähle, Planstähle, Ausbohrstangen, Gewindewerkzeuge, Abstichwerkzeuge und Formwerkzeuge.

Drehstähle werden verwendet, um den Durchmesser eines Werkstücks zu verringern. Sie sind in verschiedenen Formen und Winkeln erhältlich, je nach dem jeweiligen Drehprozess, wie z. B. Schruppen zur schnellen Materialabtragung oder Schlichten für eine glatte Oberflächengüte. Planstähle werden verwendet, um eine ebene Oberfläche senkrecht zur Drehachse des Werkstücks zu erzeugen. Ausbohrstangen werden verwendet, um Innenlöcher zu vergrößern oder zu erzeugen. Gewindewerkzeuge sind für das Schneiden von Außen- oder Innengewinden konzipiert. Abstichwerkzeuge, auch als Abstechwerkzeuge bezeichnet, werden verwendet, um einen Abschnitt des Werkstücks abzutrennen. Formwerkzeuge haben ein spezifisches Profil, das auf das Werkstück übertragen wird, wodurch die Erstellung komplexer Formen in einem einzigen Arbeitsgang ermöglicht wird.

Neben Einspitz-Schneidwerkzeugen umfassen andere Arten von Werkzeugen, die an Drehmaschinen verwendet werden, Bohrfutter und Bohrer zum Bohren von Löchern entlang der Drehachse, Reibahlen zum Vergrößern und Fertigbearbeiten vorhandener Löcher auf präzise Abmessungen, Gewindebohrer und Schneideisen zum Erstellen von Innen- bzw. Außengewinden sowie Rändelwerkzeuge zum Erstellen einer strukturierten Oberfläche für besseren Halt.

Werkzeugmaterialien

Das Material, aus dem ein Drehwerkzeug hergestellt ist, beeinflusst erheblich seine Leistung, Verschleißfestigkeit und die Arten von Materialien, die es effektiv bearbeiten kann. Schnellarbeitsstahl (HSS) war traditionell das primäre Material für Schneidwerkzeuge und wird immer noch für einige Anwendungen verwendet, insbesondere für komplizierte Formen und unterbrochene Schnitte. HSS-Werkzeuge bieten eine gute Zähigkeit und sind relativ kostengünstig, haben aber im Vergleich zu fortschrittlicheren Materialien eine geringere Härte und Verschleißfestigkeit.

Hartmetallwerkzeuge werden in der modernen Zerspanung aufgrund ihrer überlegenen Härte, Verschleißfestigkeit und der Fähigkeit, mit höheren Schnittgeschwindigkeiten als HSS-Werkzeuge zu arbeiten, häufig verwendet. Hartmetalleinsätze werden typischerweise auf einem Werkzeughalter geklemmt oder aufgelötet. Es sind verschiedene Hartmetallsorten erhältlich, die jeweils für bestimmte Materialien und Bearbeitungsbedingungen optimiert sind. Beschichtete Hartmetalleinsätze verbessern die Leistung zusätzlich, indem sie die Verschleißfestigkeit erhöhen, die Reibung verringern und den Spanfluss verbessern. Gängige Beschichtungen sind Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid (TiCN) und Aluminiumoxid (Al2O3).

Andere Werkzeugmaterialien sind Keramik, kubisches Bornitrid (CBN) und polykristalliner Diamant (PCD), die zum Bearbeiten sehr harter oder abrasiver Materialien bei sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten verwendet werden. Diese Materialien sind jedoch im Allgemeinen spröder und teurer als Hartmetall.

Werkzeuggeometrie

Die Geometrie eines Drehwerkzeugs, einschließlich seiner verschiedenen Winkel wie Spanwinkel, Freiwinkel und Schneidkantenwinkel, spielt eine entscheidende Rolle im Bearbeitungsprozess. Der Spanwinkel beeinflusst die Spanbildung und die Schnittkräfte. Ein positiver Spanwinkel führt im Allgemeinen zu geringeren Schnittkräften und besserem Spanfluss, kann aber die Schneidkante schwächen. Ein negativer Spanwinkel bietet eine stärkere Schneidkante und wird häufig für die Bearbeitung harter Materialien oder unterbrochener Schnitte verwendet.

Der Freiwinkel sorgt für Freiraum zwischen der Flanke des Werkzeugs und dem Werkstück, wodurch Reibung vermieden und Reibung und Wärmeentwicklung reduziert werden. Der Schneidkantenwinkel beeinflusst die Festigkeit der Schneidkante und die Richtung der Schnittkräfte. Weitere wichtige geometrische Merkmale sind der Nasenradius, der die Oberflächengüte beeinflusst, und Spanbrecher, die dazu dienen, lange, zähe Späne in kleinere, besser handhabbare Stücke zu zerlegen.

Werkzeugaufnahme

Eine ordnungsgemäße Werkzeugaufnahme ist für Stabilität, Genauigkeit und die Vermeidung von Rattern während der Bearbeitungsvorgänge unerlässlich. Drehwerkzeuge werden typischerweise in Werkzeugträgern gehalten, die auf dem Querschlitten der Drehmaschine montiert sind. Es sind verschiedene Arten von Werkzeugträgern erhältlich, darunter Einzelwerkzeugträger, Indexierwerkzeugträger (wie Schnellwechselwerkzeugträger und Revolverwerkzeugträger) und Gangwerkzeugträger.

Schnellwechselwerkzeugträger ermöglichen einen schnellen Werkzeugwechsel, wodurch die Rüstzeiten erheblich reduziert werden, insbesondere bei Vorgängen mit mehreren Werkzeugen. Revolverwerkzeugträger können mehrere Werkzeuge aufnehmen und können indexiert werden, um das gewünschte Werkzeug in die Schneidposition zu bringen. Gangwerkzeugträger halten eine Reihe von Werkzeugen, die durch Bewegen des Querschlittens in Position gebracht werden können. Die Wahl des Werkzeugträgers hängt von der Art der Drehmaschine, der Komplexität der Bearbeitungsvorgänge und dem gewünschten Effizienzgrad ab.

Schnittparameter

Die Auswahl der geeigneten Schnittparameter, einschließlich Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Zustellung, ist entscheidend für die Optimierung der Bearbeitungsleistung, der Werkzeugstandzeit und der Oberflächengüte. Die Schnittgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Werkstückoberfläche an der Schneidkante des Werkzeugs vorbeibewegt. Sie wird typischerweise in Oberflächenfuß pro Minute (SFM) oder Meter pro Minute (m/min) ausgedrückt. Der Vorschub ist der Weg, den das Schneidwerkzeug pro Umdrehung am Werkstück zurücklegt. Er wird üblicherweise in Zoll pro Umdrehung (IPR) oder Millimeter pro Umdrehung (mm/rev) ausgedrückt. Die Zustellung ist die Materialmenge, die in einem einzigen Arbeitsgang abgetragen wird.

Die optimalen Schnittparameter hängen von mehreren Faktoren ab, darunter das Werkstückmaterial, das Werkzeugmaterial und die Geometrie, die gewünschte Oberflächengüte und die Steifigkeit des Maschineneinrichtungs. Werkzeughersteller geben häufig empfohlene Schnittparameter für ihre Werkzeuge an, die auf verschiedenen Werkstückmaterialien und Bearbeitungsbedingungen basieren. Zerspaner können auch Bearbeitungsrechner und经验 verwenden, um geeignete Startparameter zu ermitteln.

Werkzeugverschleiß und -ausfall

Drehwerkzeuge sind während der Bearbeitung erheblichen Kräften und Temperaturen ausgesetzt, was unweigerlich zu Werkzeugverschleiß im Laufe der Zeit führt. Häufige Arten von Werkzeugverschleiß sind Flankenverschleiß (Verschleiß an der Freifläche), Kraterverschleiß (Verschleiß an der Spanfläche), Kerbverschleiß (Verschleiß an der Zustelllinie) und Ausbrüche oder Brüche der Schneidkante.

Das Verständnis der Ursachen und Symptome verschiedener Arten von Werkzeugverschleiß ist wichtig, um die Werkzeugstandzeit zu optimieren und katastrophale Werkzeugausfälle zu vermeiden, die das Werkstück und möglicherweise die Maschine beschädigen können. Faktoren, die zum Werkzeugverschleiß beitragen, sind übermäßige Schnittgeschwindigkeit oder Vorschub, unzureichende Kühlung oder Schmierung, die Bearbeitung von abrasiven Materialien und eine falsche Werkzeuggeometrie oder Werkzeugaufnahme.

Kühlmittel und Schmierung

Der Einsatz von Kühlmittel und Schmiermittel ist bei vielen Drehprozessen unerlässlich. Kühlmittel tragen dazu bei, die beim Schneiden entstehende Wärme abzuleiten, was die Werkzeugstandzeit verlängern, die Oberflächengüte verbessern und thermische Schäden am Werkstück verhindern kann. Schmiermittel reduzieren die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück, was die Schnittkräfte senkt und den Spanfluss verbessert.

Es sind verschiedene Arten von Kühl- und Schmiermitteln erhältlich, darunter Kühlschmierstoffe (lösliche Öle, Teilsynthetik und Synthetik), Schneidöle und sogar Druckluft für bestimmte Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsanwendungen. Die Wahl des Kühl- oder Schmiermittels hängt vom Werkstückmaterial, dem Werkzeugmaterial, der Art des Bearbeitungsvorgangs und den Möglichkeiten der Werkzeugmaschine ab.

Werkzeugwartung

Die ordnungsgemäße Wartung von Drehwerkzeugen ist entscheidend, um ihre Langlebigkeit und Leistung zu gewährleisten. Dies beinhaltet die regelmäßige Inspektion der Schneidkanten auf Verschleiß oder Beschädigung, das Schärfen oder Ersetzen abgenutzter Werkzeuge oder Einsätze sowie die ordnungsgemäße Lagerung, um Schäden zu vermeiden. Bei nachschärfbaren Werkzeugen wie HSS-Werkzeugen ist die Aufrechterhaltung der korrekten Werkzeuggeometrie beim Schärfen unerlässlich. Bei Hartmetalleinsatzwerkzeugen sollten abgenutzte Einsätze umgehend ersetzt werden, um eine Beschädigung des Werkzeughalters und eine Beeinträchtigung der Bearbeitungsqualität zu vermeiden.

Sicherheitsvorkehrungen

Der Betrieb einer Drehmaschine birgt inhärente Risiken, und es ist von entscheidender Bedeutung, bei der Arbeit mit Drehwerkzeugen Sicherheitsvorkehrungen zu treffen. Tragen Sie immer die geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA), einschließlich Schutzbrille, um sich vor herumfliegenden Spänen und Trümmern zu schützen. Stellen Sie sicher, dass die Werkzeuge sicher im Werkzeugträger gehalten werden und dass das Werkstück ordnungsgemäß in der Spannvorrichtung oder Halterung eingespannt ist. Versuchen Sie niemals, das Werkstück einzustellen oder zu messen, während die Drehmaschine läuft. Gehen Sie vorsichtig mit scharfen Schneidwerkzeugen um.

Schlussfolgerung

Drehwerkzeuge sind ein kritischer Aspekt der Drehprozesse. Durch das Verständnis der verschiedenen Arten von Drehwerkzeugen, ihrer Materialien, Geometrie, Werkzeugaufnahmemethoden, Schnittparameter, Werkzeugverschleißmechanismen, der Bedeutung von Kühlmittel und Schmierung, der ordnungsgemäßen Werkzeugwartung und der Sicherheitsvorkehrungen können Zerspaner Drehmaschinen effektiv und effizient einsetzen, um hochwertige Teile herzustellen. Kontinuierliches Lernen und das Auf dem Laufenden bleiben über die neuesten Fortschritte in der Werkzeugtechnologie sind unerlässlich, um im Bereich der Zerspanung wettbewerbsfähig zu bleiben.