02Werkzeuge Forscher der Universität Stuttgart sorgen für Zeiteinsparungen bei Standzeituntersuchungen Mit Einzahntests schneller zu neuen Sägewerkzeugen Leistungsfähige Schneidstoffe und Beschichtungen, innovative Sägezahngestaltungen im Makro- und Mikrobereich, Fortschritte bei der Stammblattauslegung sowie beim Fügen von Sägezähnen auf dem Stammblatt münden seitens Produktivität, Bearbeitungsqualität und Werkzeugstandzeit in zunehmend leistungsfähige Sägewerkzeuge. Zugleich steigt der Anspruch, die Markteinführung eines neuen Werkzeugs in immer kürzerer Zeit zu bewerkstelligen. Autoren: H.-C. Möhring, R. Eisseler, S. Weiland, IfW, Universität Stuttgart ■■■■■■ Durch die immer bessere Performance von Sägewerkzeugen und dem daraus resultierenden Zeit- und Materialaufwand für Standzeituntersuchungen muss für Tests im Rahmen der Werkzeugentwicklung zunehmend mehr Maschinen- und Personalkapazität aufgewandt werden. Dies erschwert auch Feldtests in Kooperation mit potenziellen Anwendern der Sägewerkzeuge, da diese dort ebenfalls Kapazitäten binden und immer mit Unsicherheiten bei der Planung einhergehen. Insgesamt besteht der Wunsch nach Möglichkeiten, mit denen Tests zu geeigneten Schneidstoffen, Beschichtungen, Zahnformen und weiteren Werkzeugmerkmalen in einer beschleunigten Form durchgeführt werden können. Am Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart ist die Sägetechnik seit vielen Jahren Gegenstand von Forschungsarbeiten zur Werkzeug- und Prozessentwicklung. Die Anwendungsbereiche reichen hier vom Trennen von Metall über Verbundmaterialien bis hin zu Holzwerkstoffen. Im Bereich des Sägens von metallischen Werkstoffen wird hier die Möglichkeit Zerspanungstests durchzuführen, durch einen Leistendrehtest gemäß der VDI-Richtlinie 3324 [1] ergänzt. Die entsprechenden Zerspanungsuntersuchungen werden hier nicht mit Kreissägeblättern, sondern mit repräsentativen Einzahnprüflingen durchgeführt, die zuvor aus fertig bestückten, geschliffenen und beschichteten Sägewerkzeugen entnommen wurden. Mit dieser Vorgehensweise kann der Material- und Zeitaufwand für vergleichende Zerspanungsuntersuchungen an Prototypen wesentlich verringert werden, da der Standweg eines Einzahnprüflings deutlich geringer ist als der eines Sägeblatts mit entsprechend vielen Einzelzähnen. Die Entnahme der Einzahnprüflinge aus dem Sägeblatt kann durch Laser- oder Wasserstrahlschneiden sowie durch Fräsen geschehen. Der Leistendrehtest nach VDI 3324 wurde ursprünglich als Prüfverfahren für Schneidstoffe für das Drehen im unterbrochenen Schnitt vom VDI-Fachausschuss „Schneidstoffanwendungen“ erarbeitet, vor einigen Jahren jedoch zurückgezogen. In der Literatur ist eine Reihe von Arbeiten beschrieben, die sich mit vergleichenden Zerspanungsuntersuchungen zur Bewertung von Schneidstoffen und Beschichtungen unter Verwendung des Leistendrehtests befassen [2, 3]. Am Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) wurde der Leistendrehtest für Untersuchungen im Bereich des Kaltkreissägens wieder aufgegriffen und angepasst. Hauptkomponente des Tests ist der im Bild 1 schematisch dargestellte Grundkör- Bild 1: Leistendrehtest gemäß VDI 3324. Bild: IfW per, der als Welle mit vier durchgehenden Längsnuten ausgeführt ist. Mit schraubbaren Keilen können auf diesem vier Leisten (grün dargestellt) aus beliebigen Werkstoffen geklemmt werden. Das Bild 2 zeigt die Position eines Einzahnprüflings zur Entnahme aus einem Sägeblatt sowie den einsatzbereiten Leistendrehtest mit eingebrachten Einstichen in einem Drehzentrum (DMG CTX 420 linear) des Instituts für Werkzeugmaschinen (IfW). Die Zerspanungsuntersuchungen am Leistendrehtest erfolgen in Form von einzelnen Einstechdrehoperationen, die entlang der Leisten eingebracht werden. Durch radiales Ausstellen der Leisten mittels Abstandshaltern und anschließendes Überdrehen kann der Leistentest wieder für weitere Einstechversuche vorbereitet werden. Der Einzahnprüfling wird mittels eines Stechdrehhalters in einem piezoelektrischen Dynamometer aufgenommen, mit dem sich die wirkenden Zerspankraftkomponenten erfassen lassen (siehe Bild 2). Die gewonnenen Kraftsignale werden aufbereitet und können in bspw. Form von Kraftschrieben über mehrere Einstiche dargestellt werden. Aus den Kraftverläufen, die über der Anzahl der Einstiche bzw. dem re- 78 Januar/Februar 2019
Zukunftsideen in Serie Wie die Zukunft der Zerspanung aussehen kann, präsentieren die Mitglieder des Vereins für Zukunfts orientierte Zers panung e.V. in einer exklusiven Serie in der mav. sultierenden Schnittweg aufgetragen sind, lassen sich Erkenntnisse zur Eignung einzelner, variierter Werkzeugmerkmale oder Prozessrahmenbedingungen bspw. der Kühlschmierstrategie gewinnen. Ergänzend können Analysen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera oder einem Thermografiesystem durchgeführt werden. Exemplarische Ergebnisse Im Bild 3 ist ein exemplarischer Verlauf für die Schnittkraft F z dargestellt, der insgesamt 30 534 Einzeleingriffe im Verlauf von 93 Bild 3: Kraftverläufe über eine Serie von Einstichen bis zum Zahnbruch. Bild: IfW Zusammenfassung Bild 2: Implementierter Leistendrehtest mit Einzahnprüfling und Dynamometer zur Kraftmessung. Bild: IfW Einstichen (Nuten) abbildet. Hierbei repräsentiert jeder Kurvenpunkt die mittleren Kraftwerte für einen Einzelschnitt. Der hier verwendete Einzahnprüfling wurde einem mit z = 100 Zähnen bestückten Kreissägeblatt des Durchmessers D = 350 mm und der Schnittbreite b = 2,7 mm entnommen. Der Zahn besteht aus dem unbeschichteten Schneidstoff Cermet. Zerspant wurde der Werkstoff C45+C (Werkstoffnummer 1.0503), ein nicht legierter Vergütungsstahl aus der Gruppe der Qualitätsstähle. Die Schnittgeschwindigkeit v c = 270 m/min und der Zahnvorschub f z = 0,07 mm wurden an praxisübliche Werte für die Bearbeitung des Werkstoffs auf stationären Kaltkreissägemaschinen angepasst. Die Bearbeitung erfolgte unter den Bedin- gungen der Minimalmengenschmierung mithilfe eines Schneid- und Umformöls. Mit zunehmendem Schnittweg lc steigt die Schnittkraft leicht an. Eine Erhöhung des Kraftniveaus ab l c = 1600 m weist auf Schneidstoffausbrüche hin. In der Folge kommt es zum Werkzeugbruch, der sich in einer deutlichen Kraftspitze zeigt. Darüber hinaus weisen einzelne Spitzen im Kraftverlauf auf Spanklemmer hin. Mit dem Einzahnprüfling wurde bis zum Bruch ein Schnittweg l s = 1694 m bzw. eine Gesamtschnittfläche A s = 0,12 m 2 erreicht. Im Vergleich hierzu hätte mit dem voll bestückten Sägeblatt ein Schnittweg von l s = 169 km bzw. eine Schnittfläche von A s = 11,8 m 2 erzeugt werden müssen. Zerspanungstests im Rahmen der Entwicklung von neuen Sägewerkzeugen sind zeitund materialintensiv. Zudem unterliegt die Umsetzung neuer Sägewerkzeuge einem zunehmenden Zeitdruck. Mithilfe des Leistendrehtests lassen sich an Einzahnprüflingen vergleichende Zerspanungsuntersuchungen in Form des Stechdrehens mit variierten Werkzeugmerkmalen oder sonstigen Prozessrandbedingungen durchführen. Im Vergleich zu Tests an voll bestückten Sägeblättern ist hier ein großes Potenzial für ein beschleunigtes Vorgehen bei der Identifikation und Bewertung von geeigneten Modifikationen an prototypischen Sägewerkzeugen gegeben. ■ Institut für Werkzeugmaschinen an der Universität Stuttgart www.ifw.uni-stuttgart.de Literatur [1] VDI 3324 Leistendrehtest, Prüfverfahren zur Beurteilung des Bruchverhaltens und der Einsatzsicherheit von Schneiden aus Hartmetall beim Drehen. Beuth-Verlag. 1999. [2] Gerschwiler, K.; Klocke, F.: Entwicklung neuer Hartmetalle und Hartstoffschichten für die Drehbearbeitung austenitischer Stahlwerkstoffe. In: Teilprojekt B: Untersuchung der Verschleißphänomene und Verschleißursachen in Zerspan- und Analogieversuchen. BMBF-Forschungsbericht. (2004) Seite 1–57. [3] Schneeweiß, M.; Dietz, M.: Rissdetektion und -vermeidung in Hartmetall- und Keramik- Wendeschneidplatten – Prozesssichere Zerspanung. Abschlussbericht Förderung anwendungsorientierter Forschung und Entwicklung an Fachhochschulen des BMBF (2004) Seite 1–115. Januar/Februar 2019 79
