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Zerspanen metallischer Werkstoffe - Aufbauschneidenbildung

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C 1247 de Der Zerspanvorgang kann durch die Bildung von Aufbauschneiden beeinflußt und verändert werden. Unter praxisüblichen Bedingungen, wie hier an einer Drehmaschine, ist dieser bemerkenswerte Vorgang der Aufbauschneidenbildung, der sich an der Wirkstelle von Werkstück und Werkzeug abspielt, nicht zu erkennen.
Mit Hilfe einer besonderen Versuchstechnik kann nun der Zerspanvorgang so dargestellt werden, daß er durch ein Mikroskop beobachtet und gefilmt werden kann.
Der Zerspanvorgang läuft als Orthogonalschnitt an der definierten Ebene einer Quarzglasplatte ab. Dadurch wird es möglich, die Phasen der Werkstoffverformung im Spanwurzelbereich und die Vorgänge an den Werkzeug-Kontaktzonen sichtbar zu machen. Die folgende Aufnahme zeigt das
Eindringen eines abgerundeten Werkzeug-Schneidkeils in die Randschicht des polierten und geätzten Werkstücks. Hoher Druck, Reibungsvorgänge, Verklebungen und Verschweißungen in den Werkzeug-Kontaktzonen sowie Verformungen und Verfestigung des Werkstoffs tragen zur Bildung einer Aufbauschneide bei. Die Bildfeldbreite bei diesen mikroskopischen Aufnahmen beträgt 0,4 mm. Aus dem fließenden
Werkstoff bildet sich eine Aufbauschneide, deren Form, Größe und Stabilität von den Schnittbedingungen abhängen. Wird das Kräftegleichgewicht an der Aufbauschneide gestört, so löst sie sich von der Schneide und wandert mit dem Werkstück ab. Unmittelbar danach beginnt die Bildung einer neuen Aufbauschneide. Formungsvorgang, stabile Phase mit scharfem Schneidkeil und Vorverlagerung des Schervorgangs. Beginnende Instabilität, Abgleiten und Eindrücken in die Werkstück-Randschicht, erneute Aufbauschneidenbildung.
Bei einem Spanwinkel von 0 Grad wird der Span stärker umgelenkt und der Verformungsbereich vor der abgerundeten Schneidkante ist kleiner. Die Aufbauschneide wächst und ragt über die Spanfläche hinaus, bis sie instabil wird und abwandert. Neuer Bildungsvorgang. Abgleiten des Spitzenbereichs und Ausbildung einer neuen Aufbauschneidenkontur.
Als die entscheidende Einflußgröße für die Aufbauschneidenbildung erweist sich die Schnittgeschwindigkeit. Sie wirkt über die Temperatur und die Formänderungsgeschwindigkeit auf das Verformungs- und Festigkeitsverhalten des Werkstoffs. Beim Zerspanen des Stahls C 45 mit 2,5 m/min hat sich an der scharfen Schneide nur eine kleine Aufbauschneide festgesetzt. Bis zu dieser Schnittgeschwindigkeit sind bewegungsscharfe Aufnahmen möglich. Bei höheren Schnittgeschwindigkeiten, wie
hier bei 10 m/min, sind Bewegungsunschärfen unvermeidlich. Eine sehr stabile und scharf geformte Aufbauschneide hat sich hier mit dem Werkzeugschneidkeil verbunden. Sie begünstigt die Spanbildung und schützt gleichzeitig die Werkzeugschneide. An der Spitze der Aufbauschneide findet ein unregelmäßiges Festsetzen und Abwandern kleiner Werkstoffteile statt.
Mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit, hier bei 20 m/min, nimmt die Größe der Aufbauschneide zu. Sie wächst in Schnittrichtung und erhält so eine schlankere Form. Bis auf die kurzzeitig wechselnden kleinen Anlagerungen an der Spitze ist diese etwa 70 Mikrometer hohe Aufbauschneide außerordentlich stabil.
Bei einer Schnittgeschwindigkeit von 30 m/min hat die Aufbauschneide eine beachtliche Größe erreicht. Der zur Spitze immer schlanker werdende Keil wächst teilweise weit über die Werkzeugschneide hinaus, so daß sich ein Freiflächenspalt einstellt, der die Spanungsdicke erheblich vergrößert. An der Spitze befindet sich auf dem stabilen Kern ein größerer Bereich mit wechselnden Werkstoffanlagerungen.
Bei 60 m/min Schnittgeschwindigkeit bewirkt der zunehmende Einfluß der Zerspantemperatur ein intensives, wechselndes Fließen des Werkstoffs im Bereich der Aufbauschneide. Mit der sich ändernden Aufbauschneidenform verläuft die Spanentstehung entsprechend unregelmäßig.
Die Zerspantemperatur beeinflußt das Festigkeitsverhalten des Werkstoffs. Wie eine teigige Masse türmt sich der Werkstoff vor der Schneide auf, wird zusammengedrückt, mit dem Werkstofffluß geschoben und schließlich losgerissen. Die abgleitenden Teile der Aufbauschneide wandern sowohl mit dem Span als auch mit dem Werkstück ab.
Der Einsatzstahl 16 Mangan-Chrom 5 neigt zum Schmieren und bildet deshalb stärker verrundete Aufbauschneiden. Bei einer Schnittgeschwindigkeit von 1,25 m/min ist die Aufbauschneide noch relativ klein. Ihre Form ergibt hier eine negative Freiflächenfase.
Bei 2,5 m/min hat sich eine größere stabile Aufbauschneide gebildet. Ein relativ großer Keilwinkel in Verbindung mit einem negativen Freiwinkel kennzeichnet diese Aufbauschneide. An ihrer Freifläche setzen sich unregelmäßig kleine Werkstoffteilchen fest, lösen sich wieder und wandern mit dem Werkstück ab.
Die Größe der Aufbauschneide hat bei 5 m/min Schnittgeschwindigkeit weiter zugenommen. Ihre Form ist schlanker und verändert sich im Spitzenbereich durch kurzzeitig wechselnde Anlagerungen. Die abgerundete Spitze baut über den Werkzeugschneidkeil vor und bildet damit einen Freiflächenspalt.
Der Wälzlagerstahl 100 Chrom 6 ist im weichgeglühten, feinkörnigen Zustand gut zerspanbar. Bei der sehr geringen Schnittgeschwindigkeit von 0,01 m/min bleibt die Stabilität der kleinen Aufbauschneide auch bei wechselnden Belastungszuständen erhalten.
Die Aufbauschneide bei 20 m/min Schnittgeschwindigkeit fällt durch ihre besondere Form auf. Um den stabilen, nahezu rechtwinklig geformten Keil der Aufbauschneide fließt der Werkstoff im Übergangsbereich zum Span und zum Werkstück außerordentlich gleichmäßig. Entsprechend gleichförmig ist auch die entstehende Werkstück-Oberfläche. Die Fließrichtungen um den Aufbauschneidenkern deuten die Richtungen der Hauptschubspannungen an.
Wälzlagerstahl
Einsatzstahl
Feinkorn
Werkstück
Spanbildung
Computeranimation
Richtung
Span
Keil
Anlagerung
Kohlenstoffstahl
Deformation
Werkstoff
Schnittgeschwindigkeit
Stahl
Festigkeit
Spanbildung
Proof <Graphische Technik>
Fließen
Werkstoff
Formänderungsgeschwindigkeit
Näherin
Werkzeug
Messschraube
Einsatzstahl
Fließrichtung
Schmierung
Fertigungstechnik
Schnittgeschwindigkeit
Randschicht
Werkstofffluss
Mikroskopie
Verfestigung

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Zerspanen metallischer Werkstoffe - Aufbauschneidenbildung
Untertitel Schnittvorgang im Feingefüge
Alternativer Titel Metal Cutting - Built-up Edge Formation; Cutting in Microstructure
Autor Warnecke, Günter
Hummel, Günter
Lizenz Keine Open-Access-Lizenz:
Es gilt deutsches Urheberrecht. Der Film darf zum eigenen Gebrauch kostenfrei genutzt, aber nicht im Internet bereitgestellt oder an Außenstehende weitergegeben werden.
DOI 10.3203/IWF/C-1247
IWF-Signatur C 1247
Herausgeber IWF (Göttingen)
Erscheinungsjahr 1977
Sprache Deutsch
Produzent IWF
Produktionsjahr 1976

Technische Metadaten

IWF-Filmdaten Film, 16 mm, LT, 115 m ; SW, 10 1/2 min

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Technik
Abstract Mikrokinematographische Aufnahmen. Zeitdehneraufnahmen bis 7000 B/s. Aufbauschneidenbildung bei der Spanentstehung im polierten und geätzten Gefüge von Stahl C 45, Stahl 100 Cr 6 und Stahl 16 MnCr 5. Form, Größe und Stabilität von Aufbauschneiden als Ergebnis von Verformung, Verfestigung und Einfluß der Zerspanungstemperatur bei Veränderung der Schneidengeometrie und der Schnittgeschwindigkeit. Teilweise enthalten in den Filmen E 1622, E 1934, E 1983, E 1952.
Schlagwörter Zerspanen
Stahl / Feingefüge
Aufbauschneidenbildung

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