Industrie-Lexikon

Hochgeschwindigkeitszerspanen

Der Begriff Hochgeschwindigkeitszerspanung (HGZ; englisch High Speed Cutting, HSC) bezeichnet in der Metallverarbeitung ein Zerspanungsverfahren, bei dem die Schnittparameter (Schnittgeschwindigkeit sowie Vorschubgeschwindigkeit) um ein Vielfaches höher als herkömmlich angewendet werden, um das Zeitspanvolumen maximal zu optimieren.

Geschichte
Schon 1925 beschÀftigte sich Carl J. Salomon mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und meldete ein Patent an, in dem er aufzeigte, dass nach dem parabolischen Anstieg der Schnitttemperatur mit steigender Schnittgeschwindigkeit die Temperatur bei Erreichen des Scheitelpunkts trotz Erhöhung der Geschwindigkeit wieder fÀllt. Demnach wÀre es möglich, beispielsweise Stahl bei einer Schnittgeschwindigkeit ab 42.000 m/min mit gewöhnlichen Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl ohne SchÀdigung der Schneiden zu spanen. Experimentell hat Salomon dies jedoch nie nachgewiesen. Erst in den 50er Jahren wurde Salomons Theorie in der damaligen Sowjetunion sowie bei Lockheed in den USA im Wesentlichen bestÀtigt. Bei Lockheed etwa wurde Stahl mit einer Schnittgeschwindigkeit zwischen 40.000 und 50.000 m/min in translatorischer Schnittrichtung unter Verwendung von HSS-Werkzeugen bearbeitet.

Die wichtigsten Ergebnisse bei Untersuchungen mit ultrahohen Schnittgeschwindigkeiten bis 60.000 m/min lassen sich in vier Punkten zusammenfassen: Die HSS-Werkzeuge haben die hohen Belastungen unbeschadet ĂŒberstanden, der Werkzeugverschleiß war sehr gering, die erreichten OberflĂ€chenqualitĂ€ten waren gut und die Zeitspanvolumina ĂŒbertrafen konventionelle Verfahren um den Faktor 240.

Die in den Versuchen angewandten Geschwindigkeiten sind bei der heutigen Hochgeschwindigkeitsbearbeitung im industriellen Umfeld noch lange nicht möglich, jedoch bilden die Ergebnisse die Grundlage des Spanens mit hohen Geschwindigkeiten. So liegen die erreichten Geschwindigkeiten heute bei Aluminium etwa um 5000 m/min, bei Stahl um 2000 m/min oder bei Kunststoff um 8000 m/min.

Erste Anwendung fand das HSC in der Luftfahrtindustrie. Zur Herstellung der fĂŒr die Luftfahrt typischen Leichtbauteile wie beispielsweise Spanten ist ein extremer Zerspanaufwand erforderlich. So erreichen die Zerspankosten mancher Bauteile ĂŒber 90 % der Gesamtbauteilkosten. Hinsichtlich dieser Problematik war eine wesentliche Kostenreduktion nur in der formgebenden Fertigung möglich. Als Alternative zur spanabhebenden Formung konnte sich wegen der oft nur geringen StĂŒckzahlen oder fertigungstechnischer Probleme das Umformen bzw. Urformen nicht etablieren.

Anwendungsgebiete
Die Anwendungsgebiete der HSC-Technologie liegen vor allem dort, wo hohe Anforderungen an Zerspanleistung und OberflĂ€chenqualitĂ€t gestellt werden, also insbesondere im Werkzeug- und Formenbau. Eine weitere typische Anwendung im Formenbau mit komplexen dreidimensionalen Konturen sind z. B. Blasformen fĂŒr Kunststoffflaschen. Durch Design, definierte FĂŒllmenge und Anforderungen der Blasanlagen sind hier höchste Genauigkeiten und OberflĂ€chengĂŒten erforderlich.

Vorteile
Das Besondere von HSC sind ein um bis zu 30 % höheres Zeitspanvolumen, 5- bis 10-mal höhere Vorschubgeschwindigkeiten und bis um das 30-fache geringere SchnittkrĂ€fte. Dies ermöglicht die Bearbeitung dĂŒnnwandiger WerkstĂŒcke. Die OberflĂ€chenqualitĂ€t steigt, was eine Einsparung ansonsten nachfolgender Schleifoperationen bewirken kann. Ein Verzug durch ErwĂ€rmung beim Zerspanungsprozess wird auch verhindert, weil die Schnittgeschwindigkeit grĂ¶ĂŸer ist als die WĂ€rmeleitgeschwindigkeit und dadurch die WĂ€rme im Span bleibt.

Es können gehÀrtete Materialien bis zu einer HÀrte von 69 HRC bearbeitet werden, wodurch in den meisten FÀllen das HÀrten nach der FrÀsbearbeitung und damit auch die Gefahr des HÀrteverzugs entfÀllt.

Große Einsparpotentiale gegenĂŒber konventioneller Fertigung liegen sowohl im Vorschruppen (durch hohe Zerspanleistung) als auch im Schlichten (durch hohe OberflĂ€chengĂŒte).

Nachteile
Beim High Speed Cutting entsteht durch die extremen Drehzahlen ein erheblich erhöhter Abschirmungsbedarf fĂŒr den Arbeitsraum, da bereits kleinste Bruch- oder Span-StĂŒcke enorme Fluggeschwindigkeiten entwickeln können, die unter UmstĂ€nden die von Projektilen aus Schusswaffen ĂŒbersteigt. Weiter ergibt sich eine höhere Abnutzung des Werkzeuges und somit eine Standzeitverringerung, die jedoch durch das gesteigerte Zeitspanvolumen relativiert wird. Hohe Anforderungen werden auch an die Auswuchtung der Werkzeuge gestellt, da sonst extreme KrĂ€fte entstehen, die einerseits zum Werkzeugbruch fĂŒhren können und andererseits die Spindellagerung stark belasten wĂŒrden. Aufgrund der extremen Drehzahlen und Belastungen an der Arbeitsspindel kann auch eine teure und aufwendige Wartung und ein regelmĂ€ĂŸiger Austausch der Arbeitsspindel wegen des verhĂ€ltnismĂ€ĂŸig hohen Verschleißes notwendig werden.

Quelle: Wikipedia

 

 

Folgen Sie Industrie-Schweiz auf Twitter

Folgen Sie Industrie-Schweiz auf Facebook

Treten Sie der Gruppe Industrie Schweiz auf XING bei

Folgen Sie Industrie-Schweiz auf Linkedin

Das Industrie Portal fĂŒr die Schweizer Maschinen-, Elektro- und Metall Industrie

 

 


Industrie Waagen
Vom Feuchtebestimmer bis zur Paketwaage. In der Industrie werden alle Arten von Waagen eingesetzt.

PCE - KranwaageMehr Infos


PCE-CS Serie
Industriewaage
  

PCE Deutschland GmbH

 

igusÂź Schweiz GmbH

 

Industrie-Schweiz - das Internetportal fĂŒr die
Schweizer Maschinen-, Elektro- und Metall-Industrie

 


 


 


 

 


 

MTS Messtechnik Schaffhausen GmbH

Startseite Startseite
 Suchen    

Partner-Websites:     Kunststoff-Schweiz           Kunststoff-Deutschland           Schweizer-MedTech           Schweizer-Verpackung      

Suchen

×

MENÜ:           Branchen−Infos                             Messe−Spezials                             Fach−Infos                             Service