Metallbearbeitung: Die 5 wichtigsten Werkstoffe für Zerspanungswerkzeuge

5 Arten von Schneidwerkzeugen Werkstoffe für Werkzeugmaschinen

Siehe auch:

Arten von Zerspanungswerkstoffen

1. Hoch Schnellarbeitsstahl

Hochgeschwindigkeitsstahl

Hochgeschwindigkeit Stahl ist eine Art von Werkzeugstahl, der für seine hohe Härte, hohe Verschleißfestigkeit und hohe Wärmebeständigkeit bekannt ist, die durch den Zusatz von Elementen wie Wolfram, Molybdän, Chrom und Vanadium erreicht wird. Er ist auch als Schnellarbeitsstahl oder Warmarbeitsstahl bekannt und wird gemeinhin als "Weißstahl" bezeichnet.

Schnellarbeitsstahl wird vor allem für die Herstellung komplexer, leichter und schlagfester Zerspanungswerkzeuge verwendet. Die Herstellung von Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl ist unkompliziert und ermöglicht ein einfaches Schärfen, weshalb sie trotz des Aufkommens neuerer Werkstoffe immer noch einen bedeutenden Anteil an Metallschneidwerkzeugen ausmachen.

2. Zementiert carbide

Sinterkarbid

Sinterkarbid ist eine Legierung aus hochschmelzenden Metallen und Bindemetallen, die durch P/M-Metallurgieverfahren hergestellt wird. Dieses Material hat hervorragende Eigenschaften wie hohe Härte, Verschleißfestigkeit, gute Festigkeit und Zähigkeit, Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Insbesondere seine hohe Härte und Verschleißfestigkeit bleiben auch bei Temperaturen von bis zu 500°C konstant, und es hat auch bei 1000°C noch eine hohe Härte. Somit hat Hartmetall im Vergleich zu Schnellarbeitsstahl eine höhere Zerspanungsleistung und kann die Lebensdauer des Werkzeugs um ein Vielfaches verbessern.

Bei gleicher Dauerhaftigkeit ermöglicht Hartmetall eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit um das 4-10fache. Daher ist es ein weit verbreitetes Werkzeugmaterial, mit dem schwer zu bearbeitende Werkstoffe wie hitzebeständiger Stahl, rostfreier Stahl, hochmanganhaltiger Stahl und Werkzeugstahl geschnitten werden können.

3. Diamant

Diamant

Diamant gilt als die härteste Substanz mit außergewöhnlicher Wärmeleitfähigkeit unter den bekannten mineralischen Werkstoffen. Sein Reibungsverschleiß mit verschiedenen metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen beträgt nur 1/50-1/800 von Hartmetall, was ihn zum idealen Werkstoff für Schneidwerkzeuge macht.

Meistens werden die Schneidwerkzeuge aus künstlichen Einkristalldiamanten hergestellt. Die Schneidkante von Diamantwerkzeugen ist unglaublich scharf, was für das Schneiden von Spänen mit kleinen Querschnitten wichtig ist. Die Schneide hat eine geringe Rauheit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten, so dass es unwahrscheinlich ist, dass sie beim Schneiden ausbricht, was zu hochwertigen bearbeiteten Oberflächen führt.

Es gibt drei Arten von Diamantschneidewerkzeugen: natürliche einkristalline Diamantwerkzeuge, massive synthetische einkristalline Diamantwerkzeuge und Diamantverbundwerkzeuge. Naturdiamantwerkzeuge werden jedoch aufgrund ihrer hohen Kosten nur selten in der tatsächlichen Produktion eingesetzt.

4. Kubisches Bornitrid

Kubisches Bornitrid

Es handelt sich um ein neu entwickeltes, künstlich synthetisiertes Material, das aus CBN-Pulver (kubisches Bornitrid) und einer kleinen Menge Bindemittel (z. B. Co-Ni, TiC, TiN oder Al2O3) unter hoher Temperatur und hohem Druck und mit Hilfe eines Katalysators gesintert wird. Es zeichnet sich durch hohe Härte, gute Abriebfestigkeit, außergewöhnliche chemische Stabilität und höhere thermische Stabilität im Vergleich zu Diamantwerkzeugen aus.

Es behält seine Eigenschaften auch bei Temperaturen zwischen 1200 und 1300 °C bei und reagiert nicht mit Metallen der Eisengruppe, was es ideal für die Bearbeitung von Stahl macht. CBN-Schneidwerkzeuge werden daher vor allem für die effiziente Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe eingesetzt und haben ein breites Anwendungsspektrum in der zerspanenden Industrie.

5. Keramik

Keramik

Die Hauptvorteile von keramischen Werkzeugwerkstoffen sind ihre hohe Härte und Abriebfestigkeit sowie die minimale Verringerung der Biegefestigkeit und die Beständigkeit gegen Biegen bei hohen Temperaturen.

Sie haben eine hohe chemische Stabilität, eine geringe Affinität zu Metallen und eine gute Beständigkeit gegen Oxidation bei hohen Temperaturen. Selbst bei Schmelztemperaturen reagieren sie nicht mit Stahl, was zu geringerer Adhäsion, Diffusion und oxidativem Verschleiß sowie zu einem niedrigeren Reibungskoeffizienten führt. Außerdem bleiben die Späne nicht so leicht an den Schneidwerkzeugen haften, und es ist weniger wahrscheinlich, dass es zu Ausbrüchen kommt.

Zu den Nachteilen von Keramikwerkzeugen gehören jedoch eine hohe Sprödigkeit, geringe Festigkeit und Zähigkeit sowie eine geringere Biegefestigkeit als bei Hartmetall.

Auswahlkriterien für Zerspanungswerkstoffe

Bei der Auswahl von Schneidwerkstoffen müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, um eine optimale Leistung und Langlebigkeit zu gewährleisten. In diesem Abschnitt gehe ich auf meine wichtigsten Überlegungen bei der Auswahl von Schneidwerkstoffen ein: Festigkeit und HärteZähigkeit, Verschleißfestigkeit, Wärmebeständigkeit und Erschwinglichkeit.

Festigkeit und Härte

Festigkeit und Härte bestimmen die Fähigkeit eines Werkstoffs, den bei der Bearbeitung auftretenden Schnittkräften und Spannungen standzuhalten. Bei der Bewertung dieser Eigenschaften berücksichtige ich in der Regel die folgenden Punkte:

  • Hohe Zugfestigkeit: Dadurch kann das Schneidewerkzeug Verformungen und Brüchen unter Schnittbelastung widerstehen.
  • Hohe Härte: Dies gewährleistet eine hervorragende Beständigkeit des Materials gegen Verschleiß und Schneidkantenverformung.

Zähigkeit

Die Zähigkeit ist ein entscheidender Faktor, da sie die Fähigkeit eines Werkstoffs misst, Energie zu absorbieren und Brüchen oder Abplatzungen zu widerstehen. Wenn ich die Zähigkeit eines Schneidwerkzeugs bewerte, berücksichtige ich Folgendes:

  • Widerstandsfähigkeit gegen Ausbrüche: Das Schneidwerkzeug sollte in der Lage sein, seine Schneide ohne Ausbrüche zu halten, die die Qualität des bearbeiteten Teils beeinträchtigen können.
  • Stoßfestigkeit: Das Material sollte plötzlichen Belastungen und Stößen standhalten, die bei intermittierenden Schneidvorgängen auftreten.

Abnutzungswiderstand

Da das Schneidwerkzeug während des Bearbeitungsprozesses ständig Reibung ausgesetzt ist, ist die Verschleißfestigkeit ein entscheidender Faktor. Ich konzentriere mich auf:

  • Widerstandsfähigkeit gegen abrasiven Verschleiß: Durch die Verringerung des Verschleißes der Schneide wird sichergestellt, dass das Schneidwerkzeug seine Schärfe und Genauigkeit beibehält.
  • Beständigkeit gegen adhäsiven Verschleiß: Das Material sollte verhindern, dass sich zwischen der Oberfläche des Werkzeugs und dem Werkstück Verbindungen bilden, die zu Materialübertragungen und letztlich zu Verschleiß führen.

Thermische Stabilität

Da Schneidwerkzeuge bei der Bearbeitung hohe Temperaturen erzeugen, ist die thermische Stabilität entscheidend. Ich betrachte die Fähigkeit eines Werkstoffs,:

  • Widersteht hohen Temperaturen: Der Schneidewerkstoff sollte seine Härte und Festigkeit auch bei erhöhten Temperaturen.
  • Beständigkeit gegen thermische Ermüdung: Das Material sollte in der Lage sein, schnelle Temperaturwechsel zu verkraften, ohne dass sich Risse oder Brüche im Schneidwerkzeug bilden.

Erschwinglichkeit

Schließlich bewerte ich die Erschwinglichkeit eines Schneidstoffs, denn die Kosten sind ein wesentlicher Faktor in jedem Bearbeitungsprozess. Ich berücksichtige:

  • Materialkosten: Die Kosten für den Schneidewerkstoff sollten nicht höher sein als seine Leistungsvorteile.
  • Lebensdauer der Werkzeuge: Eine längere Lebensdauer der Werkzeuge kann die höheren Kosten ausgleichen, da sie die Häufigkeit des Werkzeugwechsels und die Ausfallzeiten bei der Wartung verringert.

Wenn ich diese Faktoren sorgfältig berücksichtige, kann ich den besten Schneidstoff für meine spezifischen Bearbeitungsanforderungen auswählen.

Anwendungen und Branchentrends

Bearbeitungen

Meiner Erfahrung nach sind Schneidewerkstoffe für verschiedene Bearbeitungsvorgänge unerlässlich. Sie helfen, die Produktivität zu steigern, die Kosten zu senken und eine bessere Produktqualität zu erzielen. Einige gängige Bearbeitungsvorgänge sind:

  • Fräsen: Hier tragen Schneidwerkzeuge durch Drehbewegungen Material vom Werkstück ab. Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS) und Hartmetall bieten eine hervorragende Leistung bei diesem Vorgang.
  • Drehen: Bei diesem Vorgang habe ich beobachtet, dass Einpunktschneidwerkzeuge bei ihrer Drehung Material vom Werkstück abtragen. Zu den gängigen Materialien gehören Keramik, polykristalliner Diamant (PKD) und Hartmetall.
  • Bohren: Wenn BohrenBei der Herstellung von zylindrischen Löchern im Werkstück wird ein Mehrpunkt- oder Einpunktschneidwerkzeug verwendet. HSS- und Hartmetallwerkzeuge sind meine bevorzugten Werkzeuge für diesen Vorgang.

Aufkommende Technologien

Ich habe festgestellt, dass die Schneidwerkzeugindustrie von mehreren neuen Technologien geprägt wird. Dazu gehören:

  • Additive Fertigung: Diese Technologie ermöglicht die Herstellung von Schneidwerkzeugen mit komplexen Geometrien und reduziert den Materialabfall und die Produktionszeit.
  • Beschichtungstechnologien: Moderne Beschichtungen wie diamantähnliche Kohlenstoff- und Nanokompositbeschichtungen versprechen eine höhere Verschleißfestigkeit, eine längere Lebensdauer der Werkzeuge und eine bessere Leistung.
  • Intelligente Werkzeuge: Meine Erfahrung mit Werkzeugen, die mit Sensoren und drahtloser Konnektivität ausgestattet sind, zeigt das Potenzial für Echtzeitüberwachung und vorausschauende Wartung, was zu geringeren Ausfallzeiten und optimierter Werkzeugnutzung führt.

Indem sie sich in diesen Bereichen auf dem Laufenden halten, können Fachleute bessere Entscheidungen treffen und die Effizienz ihrer Schneidwerkzeuge maximieren.

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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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