Hartdrehprozess

Hard TurningDa sich das Werkstück beim Rundschleifvorgang langsam dreht, muß im Hinblick auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit auf die Drehzahl der Schleifscheibe geachtet werden. Beim Drehvorga
ng ist dagegen die Drehzahl des Werkstücks für die Schneidgeschwindigkeit maßgebend, während das Werkzeug die Form bestimmt. Folglich führt die hohe Drehzahl der Schleifscheibe zum Anfall einer großen Menge an kleinen Abschliffpartikeln am Werkstück, während beim Drehvorgang ein kontinuierlicher Span abgehoben wird, der dann fast immer in kleinere Späne zerfällt. Daraus geht hervor, daß beim Rundschleifen mehr Zeit und Energie pro Volumeneinheit erforderlich ist als beim Drehen. Ein weiterer Unterschied zwischen Drehen und Schleifen liegt darin, daß bei letzterem nur eine extrem kleine Werkstoffmenge, z.B. mit einer Dicke von nur 1 μm, abgenommen werden kann. Ein Merkmal des Drehverfahrens ist dagegen eine Span-Mindestdicke von Hundertstel-Millimeter. Deshalb ist beim Hochpräzisions-Hartdrehen zur Erzielung des genauen Sollmaßes eine andere Strategie erforderlich.

Die Entwicklung des Hartdrehens begann eigentlich Anfang der Neunziger Jahre. Die Gründe dafür lagen in der Verfügbarkeit von neuen Werkzeugmaterialien und in der Möglichkeit zur Konstruktion einer Drehmaschine von ausreichender Formfestigkeit, Stabilität und Präzision für ein einwandfreies Hartdrehen. Als Ergebnis dieser Entwicklungen ist das Hartdrehen zur vollwertigen Alternative für das Rundschleifen als Präzisions-Endbearbeitung geworden.

Hard turning

Einige Zeit lang wurde für das Präzisionsdrehen von NE-Metallen Natur- und Synthetikdiamant verwendet. Aber dieser härteste aller Werkstoffe konnte nicht zur Bearbeitung von Stahl eingesetzt warden, weil Diamant mit dem Kohlenstoff im Stahl reagiert. Mit der Folge, daß der Diamant „verkohlt“; deshalb ist ein anderer Kristallbauerforderlich. Zum Glück wurde dieses Problem vom Boronnitrid mit kubischem Kristallgefüge gelöst, dessen Härte derjenigen von Diamant nahe kommt. Es existiert nur ein polykristallines Gefüge, das als PCBN bezeichnet wird. Für Hochpräzisions-Hartdrehen sind Einstzstähle mit einem relativ niedrigen CBN-Anteil von ca. 50 % erforderlich; der Rest ist ein keramisches Bindemittel. (Im Übrigen wird so genanntes pseudo-monokristallines CBN verwendet, das jedoch ein polykristallines Material mit feinem Gefüge und ohne Bindemittel ist. Es hat einen besonders hohen Verschleiß und wird nur für Fälle von extrem hoher Präzision verwendet.) Für das Drehen von gehärteten Stählen mit PCBN ist im allgemeinen ein negativer Schneidwinkel erforderlich, in den meisten Fällen ohne daß Schneid- oder Kühlflüssigkeit verwendet zu werden braucht.

Bei der Arbeit mit einer konventionellen Drehbank entstehen beim Drehen mit negativem Schneidwinkel jedoch Schwingungen, durch die die Werkstückform und rauheit erheblich beeinflußt wird. Diese Schwingungen werden von der Werkzeugdruckkraft in X-Richtung verursacht, denn diese Kraft ist etwa doppelt so stark wie die Hauptschneidkraft. (Beim konventionellen Drehen mit positivem Schneidwinkel entsteht eine Druckkraft von nur einem Drittel bis etwa zur Hälfte der Hauptschneidkraft.) Drehen mit hoher Druckkraft ist nur auf Drehmaschinen von extrem hoher Formfestigkeit und Stabilität zulässig. Ein weiteres Erfordernis ist eine gute Formfestigkeit des Werkstücks und dessen angemessenes Längen/Durchmesserverhältnis. Gegebenenfalls kann das Werkstück nahe am Drehstahl zusätzlich unterstützt werden.

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