Werkzeugverschleißmuster: Arten und Lösungen

Vereinfacht ausgedrückt ist Werkzeugverschleiß der Materialverlust beim Schneiden und kann die Geometrie und Funktionalität des Werkzeugs negativ beeinflussen. Ist er übermäßig hoch, kann er auch die Schneidergebnisse des Werkstücks beeinträchtigen. Werkzeugverschleiß kann zu Schäden, Ausfällen oder Ausschussteilen oder Nacharbeit führen.

Was ist Werkzeugverschleiß? Die Grundlagen verstehen

Werkzeugverschleiß ist ein Verschleiß von Werkzeugen, der im Laufe der Zeit während des Materialabtragungsprozesses auftritt. Die Schärfe und Funktionalität von Werkzeugen wird dadurch stark beeinträchtigt und es kommt zu Werkzeugversagen. Thermische und mechanische Belastungen können Werkzeugverschleiß verursachen. In den meisten Fällen sind Hitze und Abrieb die Ursache für Werkzeugverschleiß.

Definition von Werkzeugverschleiß und Werkzeugversagen

Werkzeugverschleiß ist ein Versagen des Schneidwerkzeugs, das durch Reibung, Hitze und Spannungen beim Materialabtragungsprozess verursacht wird. Ein Versagen des Schneidwerkzeugs liegt vor, wenn ein Werkzeug nicht mehr verwendet werden kann. Übermäßiger Verschleiß verursacht plastische Verformung und führt zum Versagen des Schneidwerkzeugs.

Die drei Phasen des Werkzeugverschleißes

Der Werkzeugverschleiß erfolgt in drei Phasen.

• Erstes Verschleißstadium:

In diesem Anfangsstadium weisen die Werkzeugkanten eine glatte Oberfläche und eine normale Verschleißrate auf.

• Dauerhaftes Verschleißstadium:

Der Verschleiß stabilisiert sich auf einem konstanten Niveau und das Werkzeug arbeitet effizient mit minimaler Funktionsverschlechterung.

• Fehlerstadium

Bei fortschreitendem Werkzeugverschleiß erodieren die Kanten und führen zu einem raschen Anstieg der Verschleißrate. Dies führt zu Werkstücken mit schlechter Oberfläche, geringerer Bearbeitungsgenauigkeit, Abnutzung des Bearbeitungswerkzeugs und stärkeren Vibrationen, die zu Werkzeugversagen beim Materialabtragungsprozess führen.

Werkzeugverschleiß vs. Werkzeuglebensdauer: Was ist der Unterschied?

Werkzeugverschleiß ist ein allmählicher Verschleiß des Schneidwerkzeugs. Er führt zum Ausfall des Schneidwerkzeugs und das Werkzeug kann nicht mehr zum Schneiden verwendet werden. Die Werkzeuglebensdauer ist die Zeit, die ein Werkzeug verwendet werden kann, bevor es ausfällt oder ersetzt werden muss. Sie wird normalerweise durch Schnittgeschwindigkeit, Tiefe oder Flüssigkeit und Werkzeugform beeinflusst.

Arten von Werkzeugverschleiß und ihre Mechanismen

Werkzeugverschleiß kann in unterschiedlichen Formen auftreten.

Flankenverschleiß

Dies tritt an den Kanten von Schneidwerkzeugen auf. Winzige Rillen verlaufen parallel zur Schnittrichtung. Die Ursache für Freiflächenverschleiß ist Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück. Und die Diffusion höherer Temperaturen durch hohe Schnittgeschwindigkeit verursacht Freiflächenverschleiß. Dies führt zu schlechter Oberflächengüte, ungenauen Abmessungen, Verschlechterung des Bearbeitungswerkzeugs und verkürzt die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs.

Kraterverschleiß

Dies geschieht, wenn sich in der Spanfläche des Schneidwerkzeugs eine Vertiefung bildet. Hitze und Reibung verursachen den Verschleiß und führen zu Flankenabsplitterungen, der Bildung dickerer Späne und einer schlechten Oberflächenqualität.

Aufbaukante (BUE)

Es handelt sich um eine Materialanhäufung auf Schneidwerkzeugen. Dies tritt beim Bearbeiten auf der Freifläche auf. Es wird normalerweise durch langsame, kaltverfestigte Werkstücke und Absplitterungen vom Schneidwerkzeug und Festkleben am Werkstück verursacht. Dies kann durch die Verwendung von Schmier- und Kühlmitteln bei optimaler Schnittgeschwindigkeit vermieden werden.

Kerbverschleiß

Es handelt sich um einen lokalen Verschleiß an einer Schneide. Abrieb oder hartes Material führen zu Kerbverschleiß und können zum Werkzeugausfall führen. Auch hohe Hitze kann diesen Verschleiß verursachen. Dies kann durch die Verwendung härterer Schneidwerkzeuge und Schmier- und Kühlmittel vermieden werden.

Absplitterungen und Kantenbrüche

Es handelt sich um einen mechanischen Fehler. Eine kleine Menge Material bricht von der Schneide ab. Übermäßige Belastung oder plötzliche Stöße können die Schneide beim Zerspanen beschädigen. Weitere Faktoren, die Absplitterungen und Kantenbrüche verursachen können, sind Vibrationen, harte Einschlüsse oder eine falsche Schnittgeschwindigkeit.

Thermische Risse

Diese Risse treten senkrecht zu den Schneidkanten auf. Der thermische Verschleißmechanismus ist eine schnelle Temperaturschwankung, die im Werkzeug zu Ausdehnungs- und Kontraktionsspannungen führt. Dies kann zu Absplitterungen, Verschleiß des Bearbeitungswerkzeugs oder vorzeitigem Ausfall führen. Dies tritt normalerweise bei Fräsvorgängen bei unterbrochenen Schnitten auf. Diese Risse sind als sichtbare Risse auf der gesamten Oberfläche der Schneidwerkzeuge erkennbar.

Plastische Verformung

Dies ist das am häufigsten auftretende Phänomen bei Materialien. Materialien verformen sich plastisch, wenn sie über ihre Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht werden. Bei Schneidwerkzeugen wird das Material durch den thermischen Verschleißmechanismus weicher und fließt. Dadurch ändert sich seine Form dauerhaft, ohne dass es bricht. Dies verringert die Schärfe der Kanten und verkürzt die Werkzeuglebensdauer und führt zu einer Verschlechterung der Bearbeitungswerkzeuge.

Kennzahlen und Messung des Werkzeugverschleißes

Techniken zur Messung des Werkzeugverschleißes

Die Werkzeugverschleißmessung quantifiziert den Verschleiß von Schneidwerkzeugen. Es gibt zwei Methoden zur Messung des Werkzeugverschleißes.

• Direkte Messung

Dabei wird eine visuelle Inspektion mithilfe eines Mikroskops oder eines beliebigen Sichtsystems durchgeführt, um den Werkzeugverschleiß direkt zu überwachen.

• Indirekte Messung

Dabei werden Sensoren zur Messung zugehöriger Parameter wie Vibrationen, Kräfte und Temperaturen verwendet, die mit Werkzeugen in Zusammenhang stehen.

CNC-Maschinenüberwachung: Verschleiß während der Bearbeitung erkennen

Die Verschleißerkennung bei CNC-Maschinen erfolgt durch die Analyse von Sensordaten. Dazu zählen Schnittkräfte, Vibrationen, Stromverbrauch und Schallemissionen. Jede Veränderung des Werkzeugzustands wird anhand dieser Parameter überwacht, bevor es zu Verschleiß kommt, und ermöglicht einen rechtzeitigen Werkzeugaustausch und dessen Optimierung.

Rolle von Werkzeugverschleißmechanismen bei der Messgenauigkeit

Der Werkzeugverschleiß beeinflusst die Messgenauigkeit erheblich. Er verändert allmählich die Geometrie eines Schneidwerkzeugs, was zu Werkzeugverschleiß, Maßungenauigkeit und mangelhafter Präzision der Teile führt. Durch den Werkzeugverschleiß nimmt die Schärfe der Schneidkanten ab und verursacht Oberflächenrauheit und schlechte Bearbeitungsgenauigkeit der Maschinenteile. Dadurch wird die Messgenauigkeit beeinträchtigt und reduziert.

Ursachen für Werkzeugverschleiß bei der CNC-Bearbeitung

Schnittverschleiß und Kantenbeanspruchung an Werkzeugmaschinen

Hohe Spannung und Reibung während des Bearbeitungsprozesses verursachen Schneidverschleiß. Dadurch verliert das Werkzeug Material, die Kantenschärfe wird schlecht und die Lebensdauer des Werkzeugs verkürzt sich. Die zwischen Werkzeug und Werkstück erzeugte Spannung führt zu Werkzeugverschleiß und Verschleißmechanismen wie Freiflächenverschleiß und Kolkverschleiß.

Verschleißarten von Hartmetalleinsätzen: Beispiele und Analyse

Hartmetalleinsätze weisen Kolkverschleiß und Absplitterungen aufgrund übermäßiger Hitze auf. Die Hitze des Werkstücks wirkt sich auf die Hartmetallkörner aus, die sich in Vertiefungen auf der Spanfläche verwandeln. Dies kann zu Absplitterungen oder schnellem Flankenverschleiß führen. Dies kann durch die Verwendung von Kühlmittel und eine optimale Schnittgeschwindigkeit reduziert werden.

Vermeidung von Verschleiß an Maschinenbauteilen

Maschinenbauteile können durch richtige Schmierung, verschleißfestes Material, Beibehaltung der richtigen Ausrichtung sowie Minimierung von Reibung und Belastung beweglicher Teile vor Verschleiß geschützt werden. Rechtzeitige Reparatur, Schwingungsanalyse und Befolgen der richtigen Verfahren.

So verhindern Sie Werkzeugverschleiß und optimieren die Werkzeuglebensdauer

Lösungen zur Vermeidung von Flankenverschleiß bei Hartmetall-Dreheinsätzen

Der Flankenverschleiß bei Hartmetall-Dreheinsätzen kann durch optimale Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit, hochverschleißfestes Hartmetallmaterial, Kühlmittelanwendung, korrekte Einsatzgeometrie und durch das Auftragen spezieller Beschichtungen auf die Einsatzoberfläche verhindert werden. All dies reduziert die Reibung und Wärmeentwicklung durch thermischen Verschleißmechanismus.

Beschichtungen und Schmiermittel zur Minimierung des Schneidverschleißes

Beschichtungen und Schmiermittel verringern den Verschleiß, indem sie Abrieb und Hitze reduzieren. Beschichtungen schützen das darunterliegende Material und verbessern die Härte, Hitzebeständigkeit und Schmierfähigkeit des Werkzeugs. Schmiermittel verbessern die Bearbeitungsgenauigkeit, verringern Verschleiß und Reibung

Anpassen der Schnittparameter zur Reduzierung des Verschleißes

Die Optimierung der Schnittparameter ist ein wichtiger Aspekt zur Reduzierung des Verschleißes. Parameter wie niedrigere Schnittgeschwindigkeit, geringerer Vorschub und geringe Schnitttiefe verringern die Gesamtbelastung des Werkzeugs, belasten die Kanten weniger und erzeugen weniger Wärme im thermischen Verschleißmechanismus.

Die Rolle des hocheffizienten Fräsens bei der Verschleißreduzierung

Hochleistungsfräsen ist eine Schrupptechnik, bei der eine geringere radiale Schnitttiefe und eine höhere axiale Schnitttiefe verwendet werden. Dies verringert die Ausfallwahrscheinlichkeit und verzögert den Werkzeugverschleiß bei verbesserter Effizienz, Materialabtragsrate und längerer Werkzeuglebensdauer.

Bedeutung der Maschinenwartung zur Vermeidung von Werkzeugverschleiß

Die Maschinenwartung ist wichtig, um Werkzeugverschleiß vorzubeugen. Sie sorgt für einen optimalen Ablauf und reduziert Reibung, Wärmeentwicklung und übermäßige Belastung der Schneidwerkzeuge. Dies verlängert die Lebensdauer des Werkzeugs und verbessert die Produktionsqualität. Wird sie jedoch vernachlässigt, kann dies zu Werkzeugverschleiß, Qualitätseinbußen und höheren Kosten führen.

Werkzeugverschleißmuster und ihre Optimierungsstrategien

Flankenverschleiß und Hartmetall-Dreheinsätze: Probleme und Lösungen

Flankenverschleiß an Hartmetall-Dreheinsätzen entsteht durch hohe Schnittgeschwindigkeiten, Material mit geringer Härte und falsches Kühlmittel, was zu hoher Hitzeentwicklung an den Kanten führt. Um dies zu vermeiden, verwenden Sie niedrige Schnittgeschwindigkeiten, hochfestes Material und Kühlmittel mit gutem Durchfluss an den Schnittzonen.

Kraterverschleiß und wie man ihn eindämmt

Ein Krater ist eine Vertiefung, die sich in der Spanfläche bildet. Er entsteht durch hohe Temperaturen beim Schneiden. Dies kann durch Reduzierung der Schnittgeschwindigkeit, Kühlmittelanwendung, Schneidwerkzeuge mit geeigneter Beschichtung und Design zur Steuerung des Wärmeflusses gemildert werden.

Umgang mit Aufbauschneiden in zähen Materialien

Aufbauschneiden können durch relativ hohe Drehzahlen beseitigt werden, um mehr Wärme zu erzeugen, die ein Anhaften des Materials verhindern kann. Durch die Verwendung scharfer Schneidkanten, eines positiven Spanwinkels und einer effizienten Spanabfuhr kann die Materialansammlung verringert werden.

Optimierung der Spanbildung für längere Werkzeugstandzeiten

Die Standzeit des Werkzeugs kann durch die Wahl des richtigen Schnittvorschubs, der richtigen Schnittgeschwindigkeit und des richtigen Spanwinkels, scharfer Schneidkanten, Kühlmittel und effektiver Spanbehälter verbessert werden.

Beispiele für Werkzeugverschleiß aus der Praxis

Gängige Verschleißarten bei Hartmetalleinsätzen

Die häufigsten Arten des Verschleißes bei Hartmetalleinsätzen sind Freiflächenverschleiß, Kolkverschleiß, Kerbverschleiß, thermische Risse, plastische Verformung und Aufbauschneiden.

Fallstudien zum Kerbverschleiß bei Hartmetall

In dieser Fallstudie weist der Keramikeinsatz Flanken-, Kerb- und Kolkverschleiß auf. Dies ist auf die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von gehärtetem AISI-D6 unter Verwendung von Multi-Performance-Eigenschaften zurückzuführen.

Branchenspezifische Herausforderungen und Lösungen im Zusammenhang mit Werkzeugverschleiß

Häufige Herausforderungen in der Industrie sind schneller Werkzeugverschleiß oder Werkzeugverschlechterung aufgrund empfindlicher Geometrien und kleiner Teile. Dies wird durch regelmäßige Inspektion und Austausch von Werkzeugen, Verwendung von verschleißfestem Material und normaler Schnittgeschwindigkeit gelöst, um die Werkzeuglebensdauer zu verbessern.

So verlängern Sie die Werkzeuglebensdauer bei der CNC-Bearbeitung

Tipps zur Verlängerung der Werkzeuglebensdauer

• Verwenden Sie das richtige Werkzeugdesign
• Optimieren Sie die Schnittparameter
• Verwendung von Schneidflüssigkeit
• Verhindert Spanablagerungen
• Werkzeugbeschichtung auftragen
• Regelmäßige Inspektion und Wartung

Berechnung der Werkzeuglebensdauer für maximale Effizienz

Die Taylor-Lebensdauergleichung kann zur Messung der Effizienz verwendet werden

Vⁿ = C

Dabei ist V die Schnittgeschwindigkeit, „T“ die Werkzeuglebensdauer, „n“ eine Konstante für das Werkzeug und C eine für den Bearbeitungsprozess spezifische Konstante.

FAQs zum Thema Werkzeugverschleiß und -optimierung

Was sind die Folgen von übermäßigem Werkzeugverschleiß?

Übermäßiger Werkzeugverschleiß verringert die Bearbeitungsgenauigkeit, führt zu längeren Produktionszyklen, schlechter Oberflächenqualität, hohen Werkzeugersatzkosten, Werkzeugverschleiß oder Schneidwerkzeugversagen und kann das Werkstück beschädigen.

Was sind die besten Methoden zum Messen des Werkzeugverschleißes?

Der beste Weg, den Werkzeugverschleiß zu messen, ist die Überwachung der Schneidkanten unter einem Mikroskop.