Plandrehmaschine – Wie geht man mit harten Materialien um?

2025-11-26 09:14:07

CNC-Plandrehmaschine – Wie man mit harten Materialien umgeht

Einführung

CNC-Drehmaschinen sind äußerst vielseitige Maschinen, die bei der Präzisionsbearbeitung zur Herstellung zylindrischer Teile eingesetzt werden. Einer der häufigsten Vorgänge auf einer CNC-Drehmaschine ist das Plandrehen, bei dem das Werkstück senkrecht zu seiner Drehachse geschnitten wird, um eine ebene Oberfläche zu erzeugen. Allerdings stellt die Bearbeitung harter Materialien wie gehärteter Stahl, Titan, Inconel und andere hochfeste Legierungen aufgrund ihrer hohen Härte, Abrasivität und Hitzebeständigkeit besondere Herausforderungen dar.

In diesem Leitfaden werden die Best Practices für das Plandrehen harter Materialien auf einer CNC-Drehmaschine erläutert. Dabei geht es um die Werkzeugauswahl, Schnittparameter, Maschineneinrichtung und Techniken zur Fehlerbehebung, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

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Herausforderungen bei der Bearbeitung harter Materialien

Harte Materialien bereiten bei CNC-Drehvorgängen mehrere Schwierigkeiten, darunter:

1. Hohe Schnittkräfte – Harte Materialien erfordern mehr Kraft zum Schneiden, wodurch der Werkzeugverschleiß und die Maschinenbelastung steigen.

2. Übermäßige Wärmeentwicklung – Hohe Temperaturen können zur Verschlechterung des Werkzeugs und zur Verformung des Werkstücks führen.

3. Werkzeugverschleiß und Absplitterungen – Harte Materialien sind abrasiv, beschleunigen den Werkzeugverschleiß und verursachen Kantenabplatzungen.

4. Schlechte Oberflächengüte – Falsche Bearbeitungsparameter können zu rauen Oberflächen oder Rattermarken führen.

5. Kaltverfestigung – Einige Legierungen (z. B. Edelstahl, Inconel) härten während der Bearbeitung aus, was nachfolgende Schnitte schwieriger macht.

Um diese Herausforderungen zu meistern, müssen Maschinisten Werkzeuge, Schnittparameter und Bearbeitungsstrategien optimieren.

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Werkzeugauswahl zum Plandrehen harter Materialien

Die Wahl des richtigen Schneidwerkzeugs ist entscheidend für erfolgreiche Planbearbeitungsarbeiten an harten Materialien. Zu den wichtigsten Überlegungen gehören:

1. Werkzeugmaterial

- Hartmetalleinsätze – aufgrund ihrer Härte und Hitzebeständigkeit die häufigste Wahl. Sorten mit TiAlN- (Titan-Aluminium-Nitrid) oder AlTiN- (Aluminium-Titan-Nitrid) Beschichtungen erhöhen die Verschleißfestigkeit.

- Cermet-Einsätze – Geeignet für Schlichtbearbeitungen an gehärteten Stählen und bieten eine gute Verschleißfestigkeit.

- Keramikeinsätze – Ideal für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Superlegierungen (z. B. Inconel, Hastelloy), aber bei unterbrochenen Schnitten spröde.

- CBN-Wendeschneidplatten (kubisches Bornitrid) – aufgrund ihrer extremen Härte und thermischen Stabilität ideal für die Bearbeitung von gehärteten Stählen (HRC 45+).

- PKD-Wendeschneidplatten (Polykristalliner Diamant) – werden für Nichteisen-Hartmaterialien wie Wolframcarbid verwendet.

2. Werkzeuggeometrie

- Positive Spanwinkel – Reduzieren Sie die Schnittkräfte und verbessern Sie die Spanabfuhr.

- Scharfe Schneidkanten – Minimieren Sie die Aufbauschneide (BUE) und verbessern Sie die Oberflächengüte.

- Starke Wendeschneidplattengeometrie – Dickere Wendeschneidplatten mit verstärkten Kanten verhindern Absplitterungen in harten Materialien.

- Spanbrecher – Helfen, die Spanbildung zu kontrollieren und ein Verstopfen des Werkzeugs zu verhindern.

3. Werkzeughalter und Steifigkeit

- Starre Werkzeughalter – Minimieren Vibrationen und Durchbiegung (z. B. Capto, HSK oder Hochleistungsbohrstangen).

- Kurzer Überhang – Reduziert die Werkzeugablenkung für eine bessere Genauigkeit.

- Gedämpfte Werkzeughalter – helfen, Vibrationen beim Hartdrehen zu absorbieren.

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Optimale Schnittparameter für harte Materialien

Die Auswahl der richtigen Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe ist für eine effiziente Bearbeitung von entscheidender Bedeutung.

1. Schnittgeschwindigkeit (SFM oder m/min)

- Gehärteter Stahl (HRC 45–65) – 50–150 SFM (15–45 m/min) mit CBN-Einsätzen.

- Titanlegierungen – 100–250 SFM (30–75 m/min) mit Hartmetall- oder Keramikeinsätzen.

- Inconel und Superlegierungen – 50–150 SFM (15–45 m/min) mit Keramik- oder Hartmetalleinsätzen.

- Edelstahl – 150–300 SFM (45–90 m/min) mit beschichtetem Hartmetall.

Hinweis: Niedrigere Geschwindigkeiten reduzieren die Hitze, können aber den Werkzeugdruck erhöhen. Höhere Geschwindigkeiten verbessern die Produktivität, bergen jedoch das Risiko thermischer Schäden.

2. Vorschubgeschwindigkeit (IPR oder mm/U)

- Schruppen – 0,005–0,015 IPR (0,1–0,4 mm/Umdrehung).

- Endbearbeitung – 0,002–0,008 IPR (0,05–0,2 mm/Umdrehung).

Ein zu hoher Vorschub erhöht den Werkzeugverschleiß; Ein zu niedriger Wert kann zu Reibung und schlechter Oberflächenbeschaffenheit führen.

3. Schnitttiefe (DOC)

- Schruppen – 0,020–0,100 Zoll (0,5–2,5 mm).

- Endbearbeitung – 0,1–0,5 mm (0,005–0,020 Zoll).

Tiefere Schnitte verkürzen die Bearbeitungszeit, erfordern jedoch steifere Aufbauten.

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Bearbeitungsstrategien für harte Materialien

1. Wärmestau minimieren

- Verwenden Sie Kühlmittel oder Druckluft – verhindert thermische Rissbildung und verlängert die Lebensdauer des Werkzeugs.

- Hochdruckkühlmittel (HPC) – Verbessert die Spanabfuhr und Kühlung.

- Peck-Facing – intermittierende Schnitte reduzieren die Hitzeansammlung.

2. Reduzieren Sie Vibrationen und Rattern

- Steifigkeit erhöhen – Bei langen Werkstücken Lünetten oder Reitstockstützen verwenden.

- Vermeiden Sie Überhänge – Halten Sie das Werkzeug so nah wie möglich am Revolver.

- Dämpfungstechniken – Anti-Vibrations-Werkzeughalter oder abgestimmte Bohrstangen.

3. Optimieren Sie die Spankontrolle

- Richtige Auswahl des Spanbrechers – Verhindert lange, faserige Späne, die das Werkstück beschädigen können.

- Passen Sie die Vorschübe an – Höhere Vorschübe können dazu beitragen, Späne in harten Materialien zu brechen.

4. Werkstückvorbereitung

- Vordrehen (Soft-State-Machining) – Fertigstellennahe Bearbeitung vor dem Härten, um den endgültigen Materialabtrag zu reduzieren.

- Spannungsabbau – Durch Glühen oder Spannungsabbau vor der Bearbeitung werden Verformungen minimiert.

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Beheben häufiger Probleme

| Problem | Mögliche Ursache | Lösung |

|------------|-----|-------------|

| Übermäßiger Werkzeugverschleiß | Hohe Schnittgeschwindigkeit, falsche Beschichtung | Geschwindigkeit reduzieren, härtere Wendeplattensorten verwenden |

| Absplitterung oder Bruch | Zu hoher DOC, schwache Wendeplattengeometrie | Stärkere Einsätze verwenden, DOC reduzieren |

| Schlechte Oberflächenbeschaffenheit | Geringe Vorschubgeschwindigkeit, Vibration | Vorschub erhöhen, Steifigkeit verbessern |

| Kaltverfestigung | Geringer Vorschub, Reiben statt Schneiden | Vorschub erhöhen, scharfe Werkzeuge verwenden |

| Rattermarken | Mangelnde Steifigkeit, falsche Geschwindigkeiten | Setup stabilisieren, Drehzahl anpassen |

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Abschluss

Die Bearbeitung harter Materialien auf einer CNC-Drehmaschine erfordert eine sorgfältige Planung bei der Werkzeugauswahl, den Schnittparametern und den Bearbeitungsstrategien. Durch die Verwendung der richtigen Hartmetall-, CBN- oder Keramikeinsätze, die Optimierung von Geschwindigkeiten und Vorschüben sowie die Sicherstellung einer stabilen Einrichtung können Maschinenbauer hochwertige Oberflächen bei gleichzeitiger Verlängerung der Werkzeugstandzeit erzielen. Darüber hinaus tragen die richtige Kühlmittelanwendung und Vibrationskontrolle dazu bei, häufig auftretende Probleme wie Wärmestau und Rattern zu mindern.

Durch die Befolgung dieser Best Practices können CNC-Bediener harte Materialien effizient bearbeiten und gleichzeitig Präzision und Produktivität beibehalten. Eine kontinuierliche Überwachung und Anpassung basierend auf Werkzeugverschleiß und Oberflächenqualität wird die Bearbeitungsleistung weiter verbessern.

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Dieser Leitfaden bietet einen umfassenden Ansatz zum Bearbeiten harter Materialien auf einer CNC-Drehmaschine und gewährleistet erfolgreiche Bearbeitungsvorgänge auch bei den härtesten Legierungen.