Spanbildung erklärt: Arten von Metallschneidespänen

Was ist Spanbildung?

Spanbildung ist Teil des Prozesses des Materialtrennens durch mechanische Mittel mit Werkzeugen wie Sägen, Drehmaschinen und Fräsern. Das Verständnis der Theorie und Technologie dieser Bildung ist ein wichtiger Bestandteil der Entwicklung solcher Maschinen und ihrer Schneidwerkzeuge.

Die formale Untersuchung der Spanbildung wurde um den Zweiten Weltkrieg herum und kurz danach gefördert, mit dem Aufkommen schnellerer und leistungsstärkerer Schneidmaschinen, besonders für Metallschneiden mit neuen HSS-Schneidern (High Speed Steel).

Spanbildung wird meist nach einem Drei-Wege-Modell beschrieben, das von Franz entwickelt wurde. Dieses Modell ist vor allem im Maschinenbau bekannt, wird aber auch angewendet, wenn ein Anwendungsbereich wie Holzbearbeitung einen detaillierteren Wortschatz zur Beschreibung der Spanbildung benötigt.

MEHR: 1. Was ist eine Drehmaschine? 2. Was ist Zerspanen? 3. Was sind Sägen – 35 verschiedene Sägentypen

Arten von Spänen

1. Stetige Späne (Continuous Chips)

Beim Zerspanen entstehen stetige Späne bei der Bearbeitung duktiler Werkstoffe mit hoher Schnittgeschwindigkeit und minimaler Reibung zwischen Werkzeug und Material. Durch kontinuierliche plastische Verformung durch das Werkzeug entsteht dieser Spänetyp.

Baustahl und Kupfer sind duktile Werkstoffe. Die Spandicke entspricht der gesamten Länge. Er liefert üblicherweise gute Oberflächengüte. Hauptnachteil: schwierig zu handhaben und zu entsorgen. Bedingungen für die Bildung stetiger Späne:

• Duktiles Material wie Baustahl
• Großer Spanwinkel des Werkzeugs
• Hohe Schnittgeschwindigkeit
• Minimale Reibung an der Span-Werkzeug-Grenzfläche
• Geringe Schnitttiefe

Vorteile

Die Bildung stetiger Späne während der Zerspanung bietet folgende Vorteile:

• Bessere Oberflächengüte beim duktilen Material
• Weniger Wärmeentwicklung durch minimale Reibung an Werkzeugfläche und Span
• Geringer Energieverbrauch
• Längere Werkzeugstandzeit durch geringeren Verschleiß

2. Unstetige Späne (Discontinuous Chips)

Wenn die Späne beim Zerspanen nicht stetig sind, also mit Unterbrechungen gebildet werden, spricht man von unstetigen Spänen.

Unstetige Späne entstehen, wenn spröde oder harte Metalle wie Messing, Bronze und Gusseisen als Werkstücke verwendet werden.

Sie entstehen auch bei duktilen Materialien, wenn die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück hoch ist. Unstetige Späne sind bei der Zerspanung duktiler Materialien kein gutes Zeichen, da sie schlechte Oberflächengüte erzeugen und der Zerspanprozess verlangsamt wird.

Bedingungen für die Bildung unstetiger Späne:

• Niedrige Vorschubgeschwindigkeit
• Kleiner Spanwinkel des Werkzeugs
• Hohe Schnittgeschwindigkeit
• Hohe Reibungskräfte an der Span-Werkzeug-Grenzfläche
• Zu große Schnitttiefe

Vorteile

Die Bildung unstetiger Späne bei spröden Materialien liefert gute Oberflächengüte, erhöht die Werkzeugstandzeit und reduziert den Energieverbrauch.

Nachteile

Bei duktilen Materialien führen unstetige Späne zu schlechter Oberflächengüte und übermäßigem Werkzeugverschleiß.

3. Stetige Späne mit Aufbauschneide (Built-Up Edge, BUE)

Bei der Zerspanung duktiler Materialien entstehen stetige Späne mit Aufbauschneide, wenn Temperatur und Druck in der Schneidzone und die Reibung an der Span- und Werkzeugfläche hoch sind.

Er ähnelt dem stetigen Span, ist aber durch die Aufbauschneide rau. Dies kann bewirken, dass Material an der Werkzeugschneide anhaftet oder aufschweißt.

Wie entsteht die Aufbauschneide?

Sie entsteht, wenn der Span nach oben fließt und die Reibung an der Span-Werkzeug-Grenzfläche hoch ist. Die am Werkzeugeck erzeugte Hitze ist durch die hohe Reibung sehr stark. Daher wird verdichtetes Metall an der Werkzeugspitze angeschweißt – daher „Aufbauschneide“. Wenn der Span durch diese Aufbauschneide fließt, bricht sie ab und wird vom Span weggesprengt – Aufbauschneidespäne. Der Rest der Aufbauschneide haftet an der Werkstückoberfläche und verdickt sie.

Warum entstehen stetige Späne mit BUE beim Zerspanen?

• Verwendung duktiler Materialien
• Kleiner Spanwinkel des Werkzeugs
• Niedrige Schnittgeschwindigkeit
• Mangel an Kühlschmierstoff – erhöht Reibung zwischen Span- und Werkzeugfläche
• Hohe Spandicke
• Hohe Temperatur zwischen Werkstück und Werkzeug
• Hohe Vorschubgeschwindigkeit

Vorteile

Die Aufbauschneide hat einen Vorteil: Sie schützt das Werkzeug vor Schäden durch hohe Reibung und Temperatur während der Zerspanung, wodurch die Werkzeugstandzeit steigt.

Nachteile

Die Bildung dieser Späne führt zu rauer Oberflächengüte, Änderung des Spanwinkels und der Schnittkräfte.