Spanarten beim Metallschneiden: Klassifikation, Ursachen und Auswirkungen

Bei der Metallbearbeitung und Zerspanung lassen sich Späne nicht vermeiden. Diese können unterschiedlichste Formen und Größen annehmen, was zu ihrer Klassifizierung führt. Zahlreiche Faktoren beeinflussen die Art der entstehenden Späne, die im Folgenden detailliert erläutert werden.

Was sind Späne?

Späne sind Materialien, die mithilfe von Werkzeugen von einem Werkstück abgetragen werden. Sie entstehen durch Scherung während der Zerspanungsprozesse. Der Werkstoff vor einem in einer Maschine eingesetzten Schneidwerkzeug wird unter hohem Druck geschert und verformt, sobald es mit dem Werkstück in Kontakt kommt. Dieses verformte Material neigt dazu, zu brechen und in Form eines Spans über das Werkzeug abzufließen, um seinen Spannungszustand abzubauen.

Einige Späne haben auch kommerziellen Nutzen. So werden gewendelte Edelstahlspäne beispielsweise zum Reinigen und Scheuern von Haushaltsutensilien verwendet.

Faktoren, die die Spanart bestimmen

Die folgenden Faktoren beeinflussen die Art der bei einem Zerspanungsprozess entstehenden Späne:

• Werkstoff des Schneidwerkzeugs
• Abmessungen des Werkzeugs
• Werkstoff des Werkstücks
• Schnittgeschwindigkeit
• Während des Schneidprozesses wirkende Kräfte
• Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück
• Schneidbedingungen wie Temperatur

Arten von Spänen

Im Folgenden werden die verschiedenen Spanarten bei der Metallbearbeitung und Zerspanung vorgestellt:

Unstetige Späne (Scherbrüche)

Diese Späne bestehen aus kleinen Segmenten, die lose aneinander haften und eine etwas größere Länge bilden. Sie entstehen, wenn die Verformung der Späne durch wiederholtes Brechen begrenzt ist. Die Segmente bilden sich regelmäßig durch den Bruch des Metalls vor dem Werkzeug.

Unstetige Späne bei duktilen Materialien entstehen, weil der hydrostatische Druck nahe der Schneide zugfest ist oder die Scherenergie ein kritisches Niveau erreicht. Während ihre Bildung bei spröden Materialien zu guter Oberflächengüte, erhöhter Standzeit und geringerem Leistungsbedarf führt, können sie bei duktilen Materialien zu schlechter Oberflächenqualität und übermäßigem Werkzeugverschleiß führen. Allerdings lassen sich kleinere Späne leichter entsorgen.

Bei der Bearbeitung harter und spröder Metalle wie Bronze, Messing und Gusseisen erhält man unstetige Späne. Manchmal führen auch das Schneiden duktiler Metalle bei sehr geringen Vorschüben mit kleinem Spanwinkel, hohen Schnittgeschwindigkeiten und hohen Reibkräften an der Span-Werkzeug-Grenzfläche zu dieser Spanart.

Vor- und Nachteile unstetiger Späne

Vorteile (bei spröden Materialien):

• Erhöhte Werkzeugstandzeit
• Gute Oberflächengüte
• Geringerer Leistungsbedarf

Nachteile (bei duktilen Materialien):

• Schlechte Oberflächengüte
• Übermäßiger Werkzeugverschleiß

Stetige Späne

Bei der Bildung stetiger Späne steigt der Druck auf das Werkstück an, bis das Material durch Gleiten entlang der Gleitebene versagt. Metallspäne entstehen dabei ohne Segmente, also ohne Bruch. Diese Spanart tritt auf, wenn duktiles Material bei hoher Schnittgeschwindigkeit und minimaler Reibung zwischen Span und Werkzeugoberfläche bearbeitet wird. Geeignet sind beispielsweise duktile Werkstoffe wie Baustahl.

Vorteile stetiger Späne

• Bessere Oberflächengüte bei duktilen Materialien
• Geringer Leistungsbedarf
• Weniger Wärmeentwicklung durch minimierte Reibung zwischen Span und Werkzeugoberfläche
• Geringerer Verschleiß, dadurch längere Werkzeugstandzeit

Stetige Späne mit Aufbauschneide

Beim Zerspanen duktiler Materialien mit hoher Reibung an der Span-Werkzeug-Grenzfläche bilden sich stetige Späne mit Aufbauschneide. Diese ähneln stetigen Spänen, weisen jedoch aufgrund der Aufbauschneide eine geringere Glätte auf.

Die Aufbauschneide entsteht, wenn der Span in aufwärts gerichteter Flussrichtung unter hoher Reibung an der Grenzfläche zwischen Span und Werkzeug fließt. Diese Reibung erzeugt intensive Wärme an der Werkzeugspitze. Das verdichtete Metall in der Nähe der Werkzeugspitze schweißt sich an diese an – dieses an der Schneide anhaftende, verdichtete Metall bezeichnet man als Aufbauschneide.

Stetige Späne mit Aufbauschneide entstehen bei übermäßigem Vorschub, kleinem Spanwinkel, niedriger Schnittgeschwindigkeit und fehlendem Kühlschmierstoff, was die Reibung an der Span-Werkzeug-Grenzfläche erhöht.

Vor- und Nachteile stetiger Späne mit Aufbauschneide

Vorteile:

• Das Werkzeug wird vor Beschädigung durch hohe Reibung und Temperatur geschützt
• Erhöhte Werkzeugstandzeit

Nachteile:

• Rauhe Oberflächengüte
• Veränderung des Spanwinkels und der Schneidkräfte

Sehen Sie sich das folgende Video an, um mehr über die verschiedenen Spanarten beim Metallschneiden und Zerspanen zu erfahren:

Fazit

Späne sind Materialien, die mithilfe eines Werkzeugs von einem Werkstück abgetragen werden. Sie werden weiterverarbeitet, um anderen Zwecken zu dienen. Dies war der Überblick über die verschiedenen Spanarten sowie ihre Vor- und Nachteile.

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