Wie wählt man die richtigen Geometriewinkel für Fräser und das richtige Schleifscheibenmaterial aus?

01 Auswahl des Winkels für den Fräser

Aufbau des Schneidteils eines Drehmeißels

Der Schneidbereich eines Drehmeißels besteht aus mehreren wichtigen Komponenten, die gemeinsam seine geometrischen Eigenschaften und die Zerspanungsleistung beeinflussen. Zu diesen Komponenten gehören die Vorderseite, die Hauptrückseite und die Nebenrückseite sowie die Hauptschneide, die Nebenschneide und die Schneidspitze.

Die Spanfläche ist die Oberfläche des Schneidwerkzeugs, über die der Span abfließt; ihre Form und Glätte sind für das Zerspanungsergebnis von entscheidender Bedeutung.

Vorderseite der Schneide: Sie liegt der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks gegenüber und steht mit dieser in Wechselwirkung; sie ist einer der entscheidenden Faktoren für das Zerspanungsergebnis.

Die Rückseite des Schneidwerkzeugs, die der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks gegenüberliegt und mit dieser in Wechselwirkung steht, hat Einfluss auf die Standzeit des Werkzeugs sowie auf die Schnittqualität.

Dies ist die Hauptschneide an der Übergangslinie zwischen der vorderen und hinteren Schneidfläche des Werkzeugs. Sie steht in Zusammenhang mit der hinteren Schneidfläche, und ihr Winkel sowie ihre Schärfe haben einen direkten Einfluss auf die Zerspanungseffizienz.

Die Nebenschneide befindet sich an der Schnittstelle zwischen der vorderen und der hinteren Schneide des Werkzeugs und bildet zusammen mit der Hauptschneide die Schneide des Werkzeugs.

Die Schneidspitze ist der Punkt, an dem sich die Haupt- und die Nebenschneide treffen. Ihre Form und Lage sind für die Stabilität des Zerspanungsprozesses von entscheidender Bedeutung. Diese Schneidspitze wird häufig abgerundet oder angefast, um die Zerspanungsleistung zu optimieren.

Die wichtigsten geometrischen Winkel bei Drehmeißeln und deren Auswahl

Wir müssen die geometrischen Winkel des Drehmeißels berücksichtigen; dazu gehören der Spanwinkel, der Hinterwinkel und der Schneidenneigungswinkel, die gemeinsam die Schneidleistung und die Standzeit des Drehmeißels bestimmen.

1) Grundsätze für die Wahl des Vorlaufwinkels (γ0)

Bei der Auslegung des Spanwinkels geht es darum, ein Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Schärfe des Schneidkopfes herzustellen. Bei der Auswahl ist in erster Linie die Härte des zu bearbeitenden Werkstoffs zu berücksichtigen. Bei Materialien mit hoher Härte sollte ein kleinerer Spanwinkel gewählt werden, im umgekehrten Fall hingegen ein größerer. Darüber hinaus ist auch die Art der Bearbeitung ein entscheidender Faktor für die Wahl des Spanwinkels. Bei der Grobbearbeitung ist ein kleinerer Spanwinkel angebracht, um eine ausreichende Festigkeit des Schneidkörpers zu gewährleisten; bei der Feinbearbeitung hingegen sollte ein größerer Spanwinkel gewählt werden, um eine höhere Zerspanungsleistung zu erzielen. Insgesamt liegt der Auswahlbereich für den Spanwinkel in der Regel zwischen -5° und 25°.

Einstellung des Vorderkantswinkels für scharfe und stabile Schneidwerkzeuge

Bei der Herstellung von Drehmeißeln wird der Spanwinkel (γ0) in der Regel nicht vorab festgelegt, sondern durch das Einschleifen einer Spanauslaufnut in den Meißel erzielt. Diese Spanauslaufnut, auch Spanbrecher genannt, spielt eine entscheidende Rolle. Sie bricht nicht nur die Späne effektiv ab und verhindert so ein Verwickeln der Späne, sondern steuert auch die Ausflussrichtung der Späne und gewährleistet so die Genauigkeit der bearbeiteten Oberfläche. Gleichzeitig verlängert die Spanbrecherrille durch die Verringerung des Schnittwiderstands die Standzeit des Werkzeugs.

Auswahlkriterien für den Hinterwinkel (α0)

Bei der Wahl des Hinterwinkels ist in erster Linie die Art der Bearbeitung zu berücksichtigen, erst in zweiter Linie die Härte des Werkstoffs. Im Feinschleifprozess ist es wichtig, eine noch bessereBearbeitungsgenauigkeitWas die Oberflächenqualität betrifft, wird für den Hinterwinkel in der Regel ein größerer Wert gewählt; bei der Grobbearbeitung hingegen wird der Hinterwinkel kleiner gewählt, da hier eine höhere Zerspanungsleistung und eine längere Standzeit des Werkzeugs erforderlich sind. Bei der Bearbeitung von Werkstoffen mit hoher Härte wird zur Erhöhung der Festigkeit des Schneidkopfes ein kleinerer Haupthinterwinkel gewählt; bei Werkstoffen mit niedrigerer Härte ist die Wahl des Hinterwinkels hingegen relativ flexibel. Zu beachten ist, dass der Winkelbereich des Hinterwinkels in der Regel zwischen 6° und 12° liegt und weder null noch negativ sein darf.

Grundsätze für die Wahl des Hauptschräglings (Kr)

Bei der Wahl des Hauptschrägwinkels ist in erster Linie die Steifigkeit des Drehprozesssystems zu berücksichtigen, das aus Drehmaschine, Spannvorrichtung und Werkzeug besteht. Verfügt dieses System über eine gute Steifigkeit, empfiehlt es sich, einen relativ kleinen Wert für den Hauptschrägwinkel zu wählen. Dies trägt dazu bei, die Standzeit des Drehmeißels zu verlängern, die Wärmeableitung zu verbessern und die Oberflächenrauheit zu optimieren. Zweitens ist auch die Geometrie des Werkstücks ein Faktor, der bei der Wahl des Hauptspannwinkels berücksichtigt werden muss. Bei der Bearbeitung von Stufen sollte der Hauptspannwinkel beispielsweise auf 90° eingestellt werden, während für Werkstücke mit mittlerem Einschnitt üblicherweise ein Hauptspannwinkel von 60° gewählt wird. Es ist zu beachten, dass der Winkelbereich des Hauptspitzwinkels im Allgemeinen zwischen 30° und 90° liegt, wobei 45°, 75° und 90° die am häufigsten verwendeten Winkel sind.

Grundsätze für die Wahl des Nebenabstands (Kr’)

Bei der Auswahl des Nebenwinkels sind zunächst die Steifigkeit und die Bearbeitungseigenschaften zu berücksichtigen, um die Bearbeitungsgenauigkeit und -stabilität zu gewährleisten. Bei ausreichender Steifigkeit empfiehlt sich die Wahl eines kleineren Sekundärspitzwinkels, um die Bearbeitungsgenauigkeit und Stabilität zu gewährleisten. Bei unzureichender Steifigkeit sollte hingegen ein größerer Sekundärspitzwinkel gewählt werden, um Vibrationen und Beschädigungen während des Bearbeitungsprozesses zu vermeiden. Darüber hinaus sind die Bearbeitungseigenschaften ein entscheidender Faktor bei der Wahl des Sekundärspitzwinkels. Bei der Feinbearbeitung wird im Allgemeinen ein Nebenwinkel von 10° bis 15° empfohlen; bei der Grobbearbeitung kann der Nebenwinkel auf etwa 5° eingestellt werden, um eine ausreichende Zerspanungsleistung und Bearbeitungseffizienz zu gewährleisten.

02 Schleifscheiben und Werkzeugschleifen

Materialien und Anwendungen von Schleifscheiben

Je nach Werkzeugmaterial gibt es einige Unterschiede bei den Nachschleifstrategien. Beispielsweise wird der Spitzenwinkel bei HSS-Bohrern in der Regel auf 118 Grad festgelegt, in bestimmten Fällen sogar auf über 130 Grad. Die Schneide ist relativ scharf, allerdings sind die Anforderungen an die Präzision – wie z. B. Schneidenhöhenunterschied, Symmetrie und Rundlaufabweichung – vergleichsweise gering. Darüber hinaus gibt es vielfältige Möglichkeiten für das Nachschleifen der Querkante.

Der Spitzenwinkel von HM-Bohrern wird in der Regel auf 140 Grad eingestellt, der von Flachbohrern oft auf 130 Grad und der von Dreischneidenbohrern im Allgemeinen auf 150 Grad. Die Schneiden dieser Werkzeuge sowie die Spitzen, also die Kanten, sind oft nicht sehr scharf und werden manchmal sogar abgestumpft; dies wird als Rückwärtsschneide und Rückwärtskante bezeichnet. Dennoch werden an sie sehr hohe Anforderungen an die Präzision gestellt. Um den Spanabbruch zu erleichtern, wird die Querkante üblicherweise in S-Form geschliffen.

Der Hinterwinkel ist für die Leistung eines Schneidwerkzeugs von entscheidender Bedeutung. Ist der Hinterwinkel zu groß, kann dies zu Rissen an der Schneide oder zu einem “Einklemmen” des Werkzeugs führen. Ist er hingegen zu klein, kann dies den Reibungswiderstand erhöhen und somit die Zerspanungsleistung beeinträchtigen. Die Größe des Hinterwinkels hängt eng mit der Härte des zu bearbeitenden Materials, der Art des Werkzeugs und dessen Durchmesser zusammen. In der Regel wird der Hinterwinkel mit zunehmendem Werkzeugdurchmesser kleiner. Gleichzeitig ist ein kleinerer Hinterwinkel erforderlich, je härter das zu bearbeitende Material ist.

Was die Auswahl der Schleifscheiben betrifft, so eignen sich Schleifscheiben aus unterschiedlichen Materialien für das Schleifen von Werkzeugen aus verschiedenen Werkstoffen. So werden beispielsweise Schleifscheiben aus Aluminiumoxid häufig zum Schleifen von HSS-Werkzeugen verwendet. Sie sind preisgünstig und lassen sich leicht in verschiedene Formen nachschleifen, wodurch sie sich gut zum Schleifen komplexer Werkzeuge eignen. Siliziumkarbid-Schleifscheiben werden hauptsächlich zum Abrichten von CBN- und Diamantschleifscheiben verwendet. CBN-Schleifscheiben (Cubic Boron Nitride) eignen sich zum Schleifen von HSS-Werkzeugen. Sie sind zwar relativ teuer, aber sehr langlebig. International werden Schleifscheibenmodelle in der Regel mit einem „B“ gekennzeichnet, beispielsweise B107, wobei die Zahl den Korndurchmesser angibt. Zum Schleifen von HM-Werkzeugen werden Diamantschleifscheiben verwendet, die sich durch einen hohen Preis und eine hohe Haltbarkeit auszeichnen. Ihre Typenbezeichnung wird auf der Schleifscheibe mit „D“ angegeben, wie z. B. D64, wobei die Zahl ebenfalls den Korndurchmesser angibt.