Einfluss der Werkzeuggeometrie auf den Energiebedarf

Für eine energieeffiziente Prozessführung muss eine umfassende Betrachtung des Zerspanungsprozess im Hinblick auf das Erreichen der geforderten Oberflächenrauheit mit einem geringen Energieaufwand Anwendung finden. Mit der Erweiterung des Schnittkraftmodells nach Hommel ist es möglich, die Schnittkraft und somit auch die Schnittleistung und den spezifischen Energieaufwand des Prozesses zu berechnen. Heute kommen zur Realisierung der geforderten Oberflächengüte und zur Steigerung der Produktivität für Drehoperationen Wendeschneidplatten mit Wiper-Geometrie (Schleppschneide, zusätzlich großer Radius im Eingriffsbereich der Nebenschneide sowie Facettenschneide) zum Einsatz. Die Längsdrehversuche wurden auf einer SPINNER Präzisionsdrehmaschine PD 32 mit dem Vergütungsstahls 42CrMo4 im vergüteten Zustand (+QT) durchgeführt. Die verwendeten Wendeschneidplatten bestanden aus der Cermet-Sorte CT5015 von Sandvik. Die Versuche wurden mit unbeschichteten Wendeschneidplatten der Form C mit einem Freiwinkel von 7 Grad und einem Eckenradius von 0,8 mm durchgeführt. Für die Untersuchung fanden Wendeschneidplatten mit einer konventionellen Eckenradiengestaltung bzw. mit der Facettengeometrie Verwendung. Die resultierende Verschleißmarkenbreite betrug etwa 30 Mikrometer. Bei der Überprüfung des Einflusses der Eckengestaltung auf die Schnittkraft und -leistung konnte der im Modell vorausgesagte Schnittkraftverlauf bestätigt werden. Aus der kombinierten Betrachtung der energetischen Beeinflussung des Prozesses durch die Eckengeometrie und deren Einflussnahme auf die erzeugte Oberflächenrauheit kann geschlussfolgert werden, dass bei Verwendung von Wendeschneidplatten mit Wiper-Geometrie ein deutlich höherer Vorschub für die Erzeugung der gleichen Oberflächenrauheit genutzt werden kann, als beim Einsatz konventioneller Schneiden. Mit zunehmendem Vorschub und gleichbleibender Oberflächenrauheit lässt sich der spezifische Energieaufwand deutlich reduzieren, wodurch der benötigte Energiebedarf für die Fertigung desselben Teils verringert wird. Wird der Betrachtungsraum auf die Werkzeugmaschine erweitert, so bedeutet eine Erhöhung des Vorschubs die Reduzierung der Bearbeitungszeit. Dies führt zu einer größeren Produktivität und gleichzeitig zu einer Reduzierung der benötigten Energie je Werkstück. Unter Verwendung einer Wiper-Geometrie und gleichzeitiger Erhöhung des Vorschubs um das Dreifache konnte bei gleichbleibender Oberflächenrauheit der Gesamtwirkungsgrad an der untersuchten Maschine von 28 % auf 43 % verbessert werden.