1. Wählen Sie die geometrischen Parameter des Werkzeugs aus.
Bei der Bearbeitung von Edelstahl sollte die Geometrie der Schneide des Werkzeugs generell bei der Wahl des Spanwinkels und des Freiwinkels berücksichtigt werden. Bei der Wahl des Spanwinkels sind Faktoren wie das Schneidenprofil, das Vorhandensein oder Fehlen einer Anfasung und der positive oder negative Winkel der Schneidkantenneigung zu beachten. Unabhängig vom Werkzeugtyp ist bei der Bearbeitung von Edelstahl ein größerer Spanwinkel erforderlich. Ein größerer Spanwinkel reduziert den Widerstand beim Spanabtransport. Die Wahl des Freiwinkels ist nicht streng, er sollte jedoch nicht zu klein sein. Ein zu kleiner Freiwinkel führt zu starker Reibung mit der Werkstückoberfläche, verschlechtert die Oberflächenrauheit und beschleunigt den Werkzeugverschleiß. Durch die starke Reibung wird zudem die Oberflächenhärtung des Edelstahls verstärkt. Ein zu großer Freiwinkel hingegen verringert den Keilwinkel des Werkzeugs, reduziert die Schneidkantenfestigkeit und beschleunigt den Werkzeugverschleiß. Im Allgemeinen sollte der Freiwinkel deutlich größer sein als bei der Bearbeitung von normalem Kohlenstoffstahl.
Die Wahl des Spanwinkels: Im Hinblick auf Wärmeentwicklung und -abfuhr beim Schneiden kann ein größerer Spanwinkel die Wärmeentwicklung reduzieren und die Schnitttemperatur senken. Ist der Spanwinkel jedoch zu groß, verringert sich das Wärmeabfuhrvolumen an der Werkzeugspitze, was wiederum die Schnitttemperatur erhöht. Ein kleinerer Spanwinkel verbessert die Wärmeabfuhr am Fräskopf und kann die Schnitttemperatur senken. Ist der Spanwinkel jedoch zu klein, kommt es zu starker Verformung des Fräskopfes, und die entstehende Wärme kann nicht ausreichend abgeführt werden. In der Praxis hat sich ein Spanwinkel von 15°–20° als optimal erwiesen.
Bei der Wahl des Freiwinkels für die Schruppbearbeitung ist eine hohe Schneidkantenfestigkeit leistungsstarker Werkzeuge erforderlich, weshalb ein kleiner Freiwinkel gewählt werden sollte. Beim Schlichten tritt der Werkzeugverschleiß hauptsächlich im Schneidkantenbereich und an der Freifläche auf. Edelstahl, ein Werkstoff, der zur Kaltverfestigung neigt, beeinflusst die Oberflächenqualität und den Werkzeugverschleiß aufgrund der Reibung an der Freifläche besonders stark. Ein sinnvoller Freiwinkel beträgt: für austenitischen Edelstahl (unter 185 HB) 6°–8°; für martensitischen Edelstahl (über 250 HB) 6°–8°; und für martensitischen Edelstahl (unter 250 HB) 6°–10°.
Die Wahl des Schneidkantenwinkels bestimmt die Richtung des Spanflusses. Ein sinnvoller Schneidkantenwinkel ls liegt üblicherweise zwischen -10° und 20°. Werkzeuge mit großem Schneidkantenwinkel (ls 45°–75°) sollten beim Feinschlichten von Außenkreisen, beim Feindrehen von Bohrungen und beim Feinplanieren von Flächen eingesetzt werden.
2. Auswahl der Werkzeugmaterialien
Bei der Bearbeitung von Edelstahl muss der Werkzeughalter aufgrund der hohen Schnittkräfte ausreichend fest und steif sein, um Rattern und Verformungen während des Schneidprozesses zu vermeiden. Dies erfordert die Wahl eines ausreichend großen Querschnitts des Werkzeughalters sowie die Verwendung hochfester Werkstoffe für dessen Herstellung, beispielsweise vergüteter Stahl der Festigkeitsklasse 45 oder 50.
Anforderungen an die Schneide eines Werkzeugs: Bei der Bearbeitung von Edelstahl muss das Material der Schneide eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen und seine Schneidleistung auch bei höheren Temperaturen beibehalten. Gängige Werkstoffe sind derzeit Schnellarbeitsstahl und Hartmetall. Da Schnellarbeitsstahl seine Schneidleistung nur bis 600 °C beibehält, ist er nicht für Hochgeschwindigkeitsschnitte geeignet, sondern nur für die Bearbeitung von Edelstahl bei niedrigen Geschwindigkeiten. Hartmetall hingegen bietet eine bessere Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit als Schnellarbeitsstahl, weshalb Werkzeuge aus Hartmetall besser für die Bearbeitung von Edelstahl geeignet sind.
Hartmetall wird in zwei Kategorien unterteilt: Wolfram-Kobalt-Legierung (YG) und Wolfram-Kobalt-Titan-Legierung (YT). Wolfram-Kobalt-Legierungen zeichnen sich durch eine gute Zähigkeit aus. Die daraus gefertigten Werkzeuge ermöglichen einen größeren Spanwinkel und eine schärfere Schneide. Die Späne verformen sich beim Schneiden leicht, und der Schnittvorgang verläuft schnell. Die Späne haften nicht so leicht am Werkzeug. Daher eignet sich Wolfram-Kobalt-Legierung besonders gut für die Bearbeitung von Edelstahl. Vor allem bei der Schruppbearbeitung und bei intermittierenden Schnitten mit starken Vibrationen sollten Schneidwerkzeuge aus Wolfram-Kobalt-Legierung verwendet werden. Sie sind weniger hart und spröde als Wolfram-Kobalt-Titan-Legierungen, lassen sich nicht so leicht schärfen und neigen eher zum Ausbrechen. Die Wolfram-Kobalt-Titan-Legierung weist eine bessere Warmhärte und Verschleißfestigkeit gegenüber der Wolfram-Kobalt-Legierung unter Hochtemperaturbedingungen auf, ist jedoch spröder, nicht beständig gegen Stöße und Vibrationen und wird im Allgemeinen als Werkzeug für das Feindrehen von Edelstahl verwendet.
Die Schneidleistung des Werkzeugmaterials beeinflusst dessen Standzeit und Produktivität. Die Verarbeitbarkeit des Materials wirkt sich wiederum auf die Fertigungs- und Schärfqualität des Werkzeugs selbst aus. Es empfiehlt sich, Werkzeugmaterialien mit hoher Härte, guter Haftfestigkeit und Zähigkeit zu wählen, wie beispielsweise YG-Hartmetall. Von der Verwendung von YT-Hartmetall, insbesondere bei der Bearbeitung von austenitischem Edelstahl 1Gr18Ni9Ti, ist abzuraten. Hier sollte die Verwendung von YT-Hartmetalllegierungen unbedingt vermieden werden, da Titan (Ti) im Edelstahl und Ti im YT-Hartmetall eine Affinität aufweisen. Späne können leicht Titan aus der Legierung abtragen, was zu erhöhtem Werkzeugverschleiß führt. Die Praxis zeigt, dass die Bearbeitung von Edelstahl mit den Werkstoffsorten YG532, YG813 und YW2 gute Ergebnisse liefert.
3. Auswahl der Schnittmenge
Um die Bildung von Aufbauschneiden und Zundergraten zu unterdrücken und die Oberflächenqualität zu verbessern, ist beim Bearbeiten mit Hartmetallwerkzeugen die Schnittmenge etwas geringer als beim Drehen von Werkstücken aus allgemeinem Kohlenstoffstahl. Insbesondere sollte die Schnittgeschwindigkeit nicht zu hoch sein. Im Allgemeinen wird eine Schnittgeschwindigkeit von Vc = 60–80 m/min, eine Schnitttiefe von ap = 4–7 mm und ein Vorschub von f = 0,15–0,6 mm/U empfohlen.
4. Anforderungen an die Oberflächenrauheit des Schneidteils des Werkzeugs
Durch die Verbesserung der Oberflächengüte der Schneide kann der Widerstand beim Aufrollen der Späne verringert und die Standzeit des Werkzeugs erhöht werden. Im Vergleich zur Bearbeitung von normalem Kohlenstoffstahl sollte bei der Bearbeitung von Edelstahl die Schnittmenge entsprechend reduziert werden, um den Werkzeugverschleiß zu verringern. Gleichzeitig sollten geeignete Kühl- und Schmiermittel gewählt werden, um die Schnittwärme und die Schnittkraft während des Zerspanungsprozesses zu reduzieren und die Werkzeuglebensdauer zu verlängern.
Veröffentlichungsdatum: 16. November 2021
