Optimierung der Werkzeuglebensdauer:Die Auswirkung von Führungswinkeln auf Drehoperationen

Sie haben es satt, diamantförmige Schneidwerkzeuge für Steigungswinkelarbeiten durchzubrennen? Wir untersuchen die durch Führungswinkel verursachten Probleme – und sprechen mit Herstellern von Schneidwerkzeugen über die besten Möglichkeiten zur Optimierung für Ihre Anforderungen.

Für allgemeine Dreharbeiten sind 80-Grad-Diamanten im CNMG-Stil seit langem die Wendeschneidplatte der Wahl. Sie sind weit verbreitet, preisgünstig und bieten eine gute Standzeit in einer Vielzahl von Materialien. Sie ermöglichen es dem Maschinisten auch, das Werkstück mit demselben Werkzeug zu planen und zu drehen, was die Einrichtung vereinfacht und den Zeitverlust durch Werkzeugwechsel reduziert. Aufgrund dieser doppelten Aufgabe machen 80-Grad-Diamanten mindestens eine Werkzeugstation frei, eine wichtige Überlegung bei überfüllten Drehmaschinenrevolvern.

Der Status Quo:Negativer Anstellwinkel wirkt sich auf die Standzeit des Schneidwerkzeugs aus

Die Herausforderung entsteht, wenn Werkstückmaterialien in die Kategorie „Schneiden macht wenig Spaß“ fallen. Hitzebeständige Superlegierungen auf Nickel- oder Kobaltbasis wie Inconel 718 und Kobalt-Chrom (CoCr), Ti-6Al-4V-Titan, die meisten Werkzeugstähle und rostfreie Stähle der Serie 300 oder PH können eine Vielzahl von Problemen für Maschinisten schaffen, einschließlich Aufbauschneide (BUE), übermäßiger Freiflächenverschleiß und insbesondere Schnitttiefenkerben.

Leider sind diese Probleme etwas selbstverschuldet. Durch die Verwendung eines 80-Grad-Diamanteinsatzes schneidet der Dreher mit einem Werkzeug mit negativem 5-Grad-Anstellwinkel, was sich nachteilig auf die Lebensdauer des Werkzeugs auswirkt – vorausgesetzt, der übliche Werkzeughalter vom Typ „Face and Turn“ wird verwendet. Ob beim Fräsen oder Drehen, das Umschalten auf einen positiven Einstellwinkel verdünnt nicht nur den Span, sondern verteilt auch die Schnittkräfte auf eine größere Länge des Hartmetalls, wodurch die Fehlerursachen reduziert oder in einigen Fällen eliminiert werden.

„Werkzeuge mit negativen Einstellwinkeln sind die am häufigsten verwendeten Drehwerkzeuge“, sagt Aaron Schade, Programmmanager für das Knowledge Center Americas bei Kennametal. „Das heißt nicht, dass sie die besten sind, nur dass sie alle benutzen. Da Sie in beiden Richtungen Freiraum haben, macht ein negativer Anstellwinkel das Werkzeug vielseitiger – Sie können dem Teil gegenüberstehen und dann zu einer Schulter drehen, während ein Werkzeug mit einem positiven Anstellwinkel bedeutet, dass Sie mit einem zweiten zurückkommen müssen Werkzeug für diese Operationen.“

Rund und rund:Der Wert runder Schneidwerkzeugeinsätze

Obwohl die Vorteile schwer zu quantifizieren sind, kann der Wechsel zu einem Werkzeug mit positivem Anstellwinkel die Standzeit erheblich verbessern. Und wenn die Standzeit länger ist, steigt die Produktivität, entweder weil es weniger Ausfallzeiten gibt oder weil die Vorschübe deutlich erhöht werden können.

„Wir empfehlen, wo immer möglich, runde Wendeschneidplatten, vor allem, weil sie die kostengünstigste Lösung für Kunden sind, die in kürzester Zeit große Materialmengen abtragen möchten oder bei denen die Standzeiten problematisch sind“, sagt Aaron-Michael Eller, Produktmanager für ISO-Drehen und fortschrittliche Materialien bei Seco Tools. „Bei einer geraden Kurve mit einer geringen Schnitttiefe können Sie zum Beispiel leicht ein Dutzend oder mehr Indexe pro Wendeschneidplatte bekommen und sie wie verrückt füttern.“

Aus diesem Grund bieten Kennametal, Seco Tools, Sandvik Coromant und alle Hersteller von Drehwerkzeugen Werkzeughalter an, die sowohl runde als auch verschiedene rautenförmige Wendeschneidplatten mit 15-Grad-, 45-Grad- und 75-Grad-Anstellwinkeln aufnehmen. Alle bieten die Möglichkeit, die Drehvorgänge einer Werkstatt drastisch zu verbessern.

Nicht so schnell:Führungswinkel können Rattern und Werkzeugablenkung verursachen

Trotz der potenziellen Vorteile gibt es jedoch eine Kehrseite – wenn die Anstellwinkel positiver werden, nimmt der Werkzeugeingriff zu und erzeugt höhere Schnittkräfte, die nun in radialer Richtung verschoben werden; Der Maschinist hat möglicherweise die Schnitttiefenkerben eliminiert, wird aber möglicherweise stattdessen mit Rattern und Werkzeugablenkung konfrontiert.

Außerdem bedeutet der Spanverdünnungseffekt, dass diese Späne schwerer zu kontrollieren sind und wahrscheinlich höhere Vorschübe erforderlich sind, um dies auszugleichen. Diese Überlegungen und die Tatsache, dass ein zweites Werkzeug erforderlich ist, um das Werkstück zu bearbeiten und die ungeschnittenen Bereiche neben den Schultern zu reinigen, erklären, warum die meisten Maschinenbearbeiter den 80-Grad-Weg des geringsten Widerstands wählen.

Während die Übernahme einer Drehstrategie mit positivem Steigungswinkel zugegebenermaßen ein Balanceakt ist und möglicherweise eine Reihe zeitaufwändiger Tests erfordert, um sie zu meistern, sind sich beide Experten einig, dass sich der Aufwand für die richtige Anwendung lohnt.

„Ja, Sie benötigen eine ziemlich starre Einrichtung, und ja, Sie müssen Ihre Prozesse etwas anpassen, aber positive Einstellwinkel bedeuten im Allgemeinen eine höhere Metallabtragsrate, Werkzeuglebensdauer und Produktivität“, sagt Eller von Seco.

Warum sind die richtigen Werkzeughalter so wichtig? Lesen Sie „ Lektionen in Hochleistungsbearbeitung:Vergessen Sie nicht die Werkzeughalter .“

Keine Zauberformel zur Bestimmung des optimalen Schneidwerkzeugs

Die erste Prozessänderung besteht darin, den besten Steigungswinkel zu bestimmen. Dieser Prozess gehört definitiv zu den Fällen, in denen mehr nicht immer besser ist. Unter der Annahme einer konstanten Schnitttiefe erhöht der Wechsel von einem negativen 5-Grad-Werkzeug zu einem Werkzeug mit einem positiven 45-Grad-Anstellwinkel den Werkstückeingriff um satte 40 Prozent. Auch hier sind mit ziemlicher Sicherheit Anpassungen der Schnittparameter erforderlich, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

Da die Schnittkräfte immer rechtwinklig zum Anstellwinkel des Werkzeugs sind, bedeutet eine positive Einstellung, dass ein größerer radialer Werkzeugdruck auf das Werkstück ausgeübt wird. Beim Drehen schlanker Wellen und dünnwandiger Teile in diesen Szenarien und bei den meisten Bohroperationen ist ein neutraler Einstellwinkel normalerweise am besten, da die Vorschubkräfte fast vollständig in der Z-Achse liegen. Es ist ein komplexer Kompromiss. Leider gibt es keine Zauberformel, um das optimale Schneidwerkzeug zu ermitteln.

„Sie müssen die Auswirkungen von Einstellwinkeln auf den Drehvorgang gut verstehen, aber gleichzeitig erkennen, dass die Teilekonfiguration auch eine entscheidende Rolle bei der Werkzeugauswahl spielt“, sagt Schade. „Wenn es sich um einen geraden Z-Achsen-Schnitt ohne Schultern und ohne Planfläche handelt, gibt es wirklich eine unbegrenzte Anzahl von Werkzeugoptionen, während Hinterschnitte, Profilierung, Schultern und andere Teilemerkmale dazu neigen, die Möglichkeiten mit einem einzigen Werkzeug einzuschränken.“

„Alles in der Zerspanung ist anwendungsabhängig, und das Wichtigste ist, die verfügbaren Optionen zu erfassen und sie zu Ihrem besten Vorteil zu nutzen – der Wechsel zu einem positiven Steigungswinkel ist eine solche Option“, sagt Schade.

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