02/09/2009

Drehen und Bohren von schwefelarmen Stählen

Damit ist zukünftig Verwendung von weiteren Stahlsorten in vielen Bereichen des Hochleistungsmaschinenbaus und der Automobilindustrie besser möglich.

Aus den Anforderungen im Automobil-, Maschinen- und Anlagenbau können die notwendigen Eigenschaften von Stahlwerkstoffen abgeleitet werden. Wenn höchste mechanische Anforderungen erfüllt werden müssen, ist es von Vorteil den Schwefelgehalt von Edelbaustählen zu reduzieren, denn durch zahlreiche Untersuchungen ist der Einfluss des Schwefelgehaltes hinsichtlich der Minderung von Dauerschwingfestigkeit und Bruchzähigkeit bekannt. Demgegenüber wird die Zerspanbarkeit positiv von hohen Schwefelgehalten beeinflusst. Der Werkzeugverschleiß wird reduziert und der Spanbruch ist günstiger.

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird die Zerspanung von leicht schwefellegierten und schwefelarmen Edelbaustählen analysiert, um den Einfluss des Schwefelgehaltes detailliert zu erarbeiten. Die Fertigungsverfahren Drehen und Tiefbohren mit Wendelbohrern sowie Einlippenbohrern werden untersucht. Dabei wird der Einfluss des Schwefels hinsichtlich der wichtigsten Kriterien des Prozessverhaltens erarbeitet. Beurteilt werden sowohl werkzeug- als auch werkstückbezogene Kenngrößen. Durch die Variation der Werkzeuggestalt, der Schnittwerte und des Kühlschmierstoffkonzeptes wird die Möglichkeit zur Kompensation des Schwefeleinflusses untersucht. Die experimentellen Untersuchungen werden durch weitere Versuche, die weitestgehend an die Randbedingungen der industriellen Fertigung angepasst sind, belegt. Durch die Verwendung von Werkzeugen und Schnittwerten der industriellen Prozesse wird das Optimierungspotenzial der Bearbeitung schwefelarmer Stähle bestätigt.

Die Ergebnisse der Drehbearbeitung zeigen, dass der Schwefelgehalt den Werkzeugverschleiß nur geringfügig beeinflusst. Für zahlreiche Versuchspunkte wird ein vergleichbares Verschleißverhalten bei der Zerspanung der normal schwefelhaltigen Güte im Vergleich zur schwefelarmen Güte beobachtet. Dies konnte durch die Erfassung des Verschleißes, aber auch der Zerspankraft festgestellt werden. Eindeutig ist der Einfluss des Schwefels auf den Spanbruch. So konnte bei der Bearbeitung der schwefelarmen Stähle nicht für alle Schnittwertkombinationen ein prozessgünstiger Spanbruch beobachtet werden. Die Kompensation des Einflusses des Schwefelgehaltes ist jedoch durch die Anpassung der Gestalt der Wendeschneidplatte und des Vorschubs möglich.

Die Ergebnisse der Versuche zum Tiefbohren zeigen zur Drehbearbeitung vergleichbare Auswirkungen des Schwefelgehaltes hinsichtlich Werkzeugverschleiß und Spanbruch. Bei der Tiefbohrbearbeitung lässt sich die Spanform durch die Anpassung von Anschliff und Spannuttopographie verbessern. Neben dem Schwefelgehalt ergeben sich signifikante Unterschiede für das Prozessverhalten und die Bohrungsqualität durch das Tiefbohrkonzept. Wendelbohrer eignen sich für hohe Vorschubwerte, die eine hohe Produktivität ermöglichen. Polierte Spannuten und angepasste Schneidenkonturen erzeugen auch bei der Bearbeitung schwefelarmer Stähle günstig geformte Späne. Der wesentliche Vorteil der Einlippentiefbohrwerkzeuge liegt in der guten Bohrungsqualität, die sich insbesondere durch einen geringen Mittenverlauf und eine defektarme Oberfläche auszeichnet.

Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass die Dreh- und Tiefbohrbearbeitung auch für die Zerspanung schwefelarmer Stähle effizient gestaltet werden kann. Im Rahmen dieser Untersuchung konnte das notwendige Prozesswissen ermittelt werden, um eine produktive Zerspanung schwefelarmer Stähle möglich zu machen.

Das Forschungsvorhaben wurde am Institut für Spanende Fertigung, Technische Universität Dortmund, der Robert Bosch GmbH, Stuttgart und der Saarstahl AG, Völklingen, mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt.