ADI-Guss: Gewindeschneiden - keine leichte Aufgabe


 
Der Konstruktionswerkstoff ADI-Guss (u.a. EN-GJS-800-8) findet vermehrt Anwendung in der Maschinenbau- und der Fahrzeugindustrie, z.B. für Herstellung von Zahnrädern, Kurbelwellen für schwere Dieselmotoren, Lokomotivräder, Presswerkzeuge, Laufrollen u. ä. Durch seine geringe Dichte weist der Gusswerkstoff ein gutes Dämpfungsvermögen auf. Auch andere mechanischen Eigenschaften - hohe Zähigkeit, Zugfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Härte und gute Dehnungseigenschaften - tragen zum Einsatz des Werkstoffes bei. Allerdings bewirkt das spezielle Gefüge und seine entsprechenden Eigenschaften eine relativ schlechte Zerspanbarkeit, wodurch die Standzeiten des Werkzeuges verkürzt werden. Während die  Dreh- und Fräsbearbeitung des Werkstoffes bereits technologisch erforscht wurden, gibt es nur wenige Untersuchungen zu den Bearbeitungsverfahren Spiral- oder Gewindebohren.
Beim Gewindebohren ergeben sich z.B. Schwierigkeiten durch starke Kraftbeanspruchungen, die an den Zähnen und in den Gängen des Gewindebohrers auftreten. Beeinträchtigt wird dadurch der Standweg des Werkzeuges. Verkürzte Standzeiten durch hohe Schnittwerte bewirken einen häufigen Wechsel der Gewindebohrer und damit erhöhte Produktionskosten. Im Rahmen des Projektes WFQ wurden technologische Versuchsreihen zum Gewindebohren von ADI-Guss durchgeführt, bei denen der Einfluss variabler Schnittgeschwindigkeiten auf das Verschleißverhalten der Werkzeuge untersucht wurde. Diese müssen aus wirtschaftlicher und fertigungstechnischer Sicht optimal dem Prozess angepasst werden.
 
Um die zeit- und kostenintensiven Versuche auf einer Werkzeugmaschine sinnvoll zu gestalten, wurde zur Unterstützung der statistischen Versuchsplanung eine Simulationsreihe für das Gewindeschneiden durchgeführt. Dafür wurde die FEM-Software AdvantEdge der Firma Third Wave Systems verwendet. Diese Software wird oft bei der Entwicklung neuer Zerspanungswerkzeuge eingesetzt. Ein Beispiel ist auf dem Bild dargestellt. Dabei wurden, wie ersichtlich nicht nur die Temperatur, Druck- und Scherspannungen, sondern auch Kräfte und Leistung des Prozesses ermittelt.


 
Während der Versuchsdurchführung erfolgten in regelmäßigen Abständen mikroskopische Untersuchungen des Gewindebohrers. Diese war notwendig, um den Verlauf der Verschleissentwicklung im Zerspanprozess zu dokumentieren und Aussagen zum Standzeitvermögen des Gewindebohrers zu treffen. Die FEM-Simulation sollte die maschinellen Untersuchungsergebnisse mitbegründen und weiteren Aufschluss über das Standzeitverhalten geben.
Am Ende der technologischen Versuche wurden eine abschließende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt und betriebsorientierte Empfehlungen zum Einsatz der getesteten Werkzeuge gegeben.
Demnächst folgen weitere Untersuchungen zur Zerspanung von ADI-Gusses auf der Basis der Entwicklung neuer Werkzeuggeometrien und dem Einsatz neuer Werkzeugbeschichtungen.
 
Die Ergebnisse und Zusammenfassungen der technologischen Untersuchungen liegen in der Kontaktelle des WFQ für weitere Beratungen von interessierten KMU vor.