Bei der Auswahl von Wolframkarbid-Rotationsfräsern konzentrieren sich die meisten Käufer auf die Karbidgüte, die Härte oder die Schaftgröße—übersehen aber oft einen der wichtigsten Leistungsfaktoren: die Zahngeometrie.
Das Zahndesign (auch als Nut- oder Schneidmuster bezeichnet) bestimmt direkt die Schnittgeschwindigkeit, die Spanabfuhr-Effizienz, die Oberflächengüte, die Wärmeentwicklung und die Werkzeuglebensdauer.
Wenn Sie ein Werkzeughändler, Industriekäufer oder Einkaufsleiter in einer Fabrik sind, hilft Ihnen das Verständnis der Zahngeometrie, den richtigen Hartmetallfräser für jede Anwendung auszuwählen—und unnötige Werkzeugkosten zu vermeiden.
Was ist Zahngeometrie bei Hartmetall-Rotationsfräsern?
Zahngeometrie bezieht sich auf die Form, Größe und Anordnung der Schneidkanten am Fräskopf aus Hartmetall. Diese Schneidzähne entfernen Material durch Hochgeschwindigkeits-Rotationsschleifen, und die Zahnstruktur steuert:
- Wie aggressiv Material abgetragen wird
- Wie glatt der Fräser schneidet
- Wie Späne abgeführt werden
- Wie lange der Fräser hält
Ein gut gestaltetes Zahnmuster verbessert die Schneideffizienz um 30–50 % und reduziert den Werkzeugverschleiß erheblich.
Häufige Zahntypen von Hartmetallfräsern
Zahntyp
Aussehen
Stahl, Gusseisen
Merkmale
Einfachschnitt (SC)
Spiralzähne in einer Richtung
Edelstahl, legierter Stahl
Schneller Materialabtrag
Doppelschnitt (DC)
Kreuzverzahnte Zähne
Edelstahl, gehärteter StahlGlattere Oberfläche, stabiles Schneiden
Aluminium-Schnitt (AL)
Große einzelne Nut
Aluminium, Messing, Kunststoffe
Anti-Verstopfung
Einfachschnitt vs. Doppelschnitt vs. Aluminium-Schnitt – Leistungsvergleich
Leistungsfaktor
Einfachschnitt
Aggressives Schneiden
Stabilität unter Hitze
Sauberes Schneiden
★★★★
★★★
Am besten für
Vibrationsstabilität
★★
★★★★
★★★
Am besten für
★
★★★★
★★★
Vibrationsstabilität
★★
★★★★
★★★
Am besten für
Stahl, Gusseisen
Edelstahl, legierter Stahl
Aluminium, Kupfer
*
Wenn Sie an Metallwerkstätten oder Händler verkaufen, nehmen Sie immer alle 3 Zahntypen in Ihren Katalog auf—sie decken 90 % des Marktbedarfs ab.Wie die Zahngeometrie die Schneidleistung beeinflusst
1. Spanabfuhr-Effizienz: Große Nut-Designs entfernen Späne schneller (am besten für Aluminium), während kreuzverzahnte Zähne die Spanngröße reduzieren (am besten für Edelstahl).
2. Schnittgeschwindigkeit: Aggressive Nutgeometrie erhöht die Abtragsrate, erfordert aber auch höhere Drehzahlen und stabile Werkzeuge.
Empfohlene Betriebsgeschwindigkeiten
Fräskopf-Durchmesser (U/min)
3 mm (1/8")
6 mm (1/4")
10 mm (3/8")
12 mm (1/2")
16 mm (5/8")
Maximale Betriebsgeschwindigkeit
90000
65000
45000
35000
25000
20000
Verwendbarer Bereich
60000-80000
30000-45000
10000-50000
7000-30000
6000-20000
Empfohlene Startgeschwindigkeit
80000
45000
25000
20000
15000
3. Wärmeentwicklung: Falscher Zahntyp = übermäßige Wärme = Werkzeugverschleiß + Verbrennungen am Werkstück.
Verwendbarer Bereich
60000-80000
22500-60000
15000-40000
11000-30000
9000-20000
Empfohlene Startgeschwindigkeit
80000
45000
30000
25000
20000
15000
Verwendbarer Bereich
60000-80000
30000-45000
30000-40000
22500-30000
18000-20000
Empfohlene Startgeschwindigkeit
80000
40000
30000
25000
20000
15000
Verwendbarer Bereich
60000-80000
30000-45000
19000-30000
15000-22500
12000-18000
Empfohlene Startgeschwindigkeit
80000
40000
25000
20000
15000
3. Wärmeentwicklung: Falscher Zahntyp = übermäßige Wärme = Werkzeugverschleiß + Verbrennungen am Werkstück.
4. Vibration & Stabilität: Doppelschnittfräser reduzieren Vibrationen und verbessern die Kontrolle—ideal für manuelle Druckluftschleifer.
5. Werkzeugstandzeit: Optimierte Zahngeometrie reduziert Reibung und Belastung—verlängert die Fräserstandzeit um 25–40 %.
Auswahl der richtigen Zahngeometrie für verschiedene Materialien
Material
Empfohlener Zahntyp
Gründe für die Empfehlung
Kohlenstoffstahl
Einfachschnitt
Aggressives Schneiden
Edelstahl
Doppelschnitt
Stabilität unter Hitze
Gehärteter Stahl
Doppelschnitt
Stabilität unter Hitze
Aluminium
Aluminium-Schnitt
Sauberes Schneiden
Titan
Doppelschnitt
Stabilität unter Hitze
Messing/Kupfer
Aluminium-Schnitt
Sauberes Schneiden
FAQ – Käufer fragen auch
Q1: Welcher Hartmetallfräser-Zahntyp hält am längsten?
Doppelschnittfräser bieten im Allgemeinen die beste Balance zwischen Geschwindigkeit und Werkzeugstandzeit.
Q2: Kann ich eine spezielle Zahngeometrie anfordern?
Ja—OEM-Anpassung des Zahndesigns ist für Großbestellungen verfügbar.
Q3: Welcher Zahntyp ist am besten für Edelstahl geeignet?
Doppelschnittfräser—reduzieren die Härtung, glattere Kontrolle.
Fazit
Die Zahngeometrie steuert direkt die Schnittgeschwindigkeit, die Spanabfuhr, die Oberflächengüte, die Wärme und die Werkzeugstandzeit. Die Wahl des richtigen Zahndesigns bedeutet höhere Leistung und geringere Werkzeugkosten.
Wir fertigen Wolframkarbid-Rotationsfräser für globale Werkzeughändler und industrielle Anwender
. Wir haben folgende Hauptvorteile:- Ultrafeines Karbid WC
- CNC-Präzisionsschleifen mit 5 Achsen
- Hochfeste Silberlötung
- Standard- und kundenspezifische Zahngeometrie
- Fabrikpreis für Großmengen + schnelle Lieferung
Einführung
Bei der Konstruktion von Hartmetall-Schaftfräsern für Aluminium ist es unerlässlich, die Materialauswahl, die Werkzeuggeometrie, die Beschichtungstechnologie und die Bearbeitungsparameter umfassend zu berücksichtigen. Diese Faktoren gewährleisten eine effiziente und stabile Bearbeitung von Aluminiumlegierungen und verlängern gleichzeitig die Werkzeugstandzeit.
1. Materialauswahl
1.1 Hartmetall-Substrat: YG-Hartmetall (z. B. YG6, YG8) wird aufgrund seiner geringen chemischen Affinität zu Aluminiumlegierungen bevorzugt, was dazu beiträgt, die Bildung von Aufbauschneiden (BUE) zu reduzieren.
1.2 Hochsilizium-Aluminiumlegierungen (8 %–12 % Si): Diamantbeschichtete Werkzeuge oder unbeschichtetes, feinstkörniges Hartmetall werden empfohlen, um siliziuminduzierte Werkzeugkorrosion zu verhindern.
1.3 Hochglanzbearbeitung: Hartmetall-Schaftfräser mit hoher Steifigkeit und präziser Kantenpolitur werden empfohlen, um eine spiegelähnliche Oberflächengüte zu erzielen.
2. Werkzeuggeometrie-Design
2.1 Anzahl der Schneiden: Ein 3-Schneiden-Design wird üblicherweise verwendet, um die Schneideffizienz und die Spanabfuhr auszugleichen. Für die Schruppbearbeitung von Luft- und Raumfahrt-Aluminiumlegierungen kann ein 5-Schneiden-Fräser (z. B. Kennametal KOR5) gewählt werden, um den Vorschub zu erhöhen.
2.2 Drallwinkel: Ein großer Drallwinkel von 20°–45° wird empfohlen, um die Schnittglätte zu verbessern und Vibrationen zu reduzieren. Übermäßig große Winkel (>35°) können die Zahnfestigkeit schwächen, daher ist ein Gleichgewicht zwischen Schärfe und Steifigkeit erforderlich.
2.3 Span- und Freiwinkel: Ein größerer Spanwinkel (10°–20°) verringert den Schnittwiderstand und verhindert das Anhaften von Aluminium. Freiwinkel betragen im Allgemeinen 10°–15° und sind je nach Schnittbedingungen einstellbar, um Verschleißfestigkeit und Schnittleistung auszugleichen.
2.4 Spanraum-Design: Breite, durchgehende Spiralnuten gewährleisten eine schnelle Spanabfuhr und minimieren das Anhaften.
2.5 Kantenvorbereitung: Die Schneidkanten müssen scharf bleiben, um die Schnittkraft zu reduzieren und das Anhaften zu verhindern; eine geeignete Fase erhöht die Festigkeit und verhindert Kantenausbrüche.
3. Empfohlene Beschichtungsoptionen
3.1 Unbeschichtet: In vielen Fällen sind Aluminium-Schaftfräser unbeschichtet. Wenn die Beschichtung Aluminium enthält, kann sie mit dem Werkstück reagieren, was zu einer Ablösung oder Anhaftung der Beschichtung führt und zu einem anormalen Werkzeugverschleiß führt. Unbeschichtete Schaftfräser sind kostengünstig, extrem scharf und leicht nachzuschleifen, wodurch sie sich für Kleinserienfertigung, Prototypenbau oder Anwendungen mit moderaten Anforderungen an die Oberflächengüte (Ra > 1,6 μm) eignen.
3.2 Diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC): DLC ist kohlenstoffbasiert, mit einem regenbogenartigen Aussehen, und bietet eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Antihaft-Eigenschaften—ideal für die Aluminiumbearbeitung.
3.3 TiAlN-Beschichtung: Obwohl TiAlN eine ausgezeichnete Oxidations- und Verschleißfestigkeit bietet (3–4 mal längere Lebensdauer als TiN in Stahl-, Edelstahl-, Titan- und Nickellegierungen), wird es im Allgemeinen nicht für Aluminium empfohlen, da das Aluminium in der Beschichtung mit dem Werkstück reagieren kann.
3.4 AlCrN-Beschichtung: Chemisch stabil, nicht haftend und geeignet für Titan, Kupfer, Aluminium und andere weiche Materialien.
3.5 TiAlCrN-Beschichtung: Eine Gradientenstruktur-Beschichtung mit hoher Zähigkeit, Härte und geringer Reibung. Sie übertrifft TiN in Bezug auf die Schnittleistung und eignet sich zum Fräsen von Aluminium.
Zusammenfassung: Vermeiden Sie Beschichtungen, die Aluminium enthalten (z. B. TiAlN), wenn Sie Aluminium bearbeiten, da diese den Werkzeugverschleiß beschleunigen.
4. Wichtige Überlegungen
4.1 Spanabfuhr: Aluminiumspäne neigen zum Anhaften; optimierte Nutendesigns (z. B. wellenförmige Kanten, große Spanwinkel) sind für eine reibungslose Abfuhr erforderlich.
4.2 Kühlmethode:
4.2.1 Bevorzugen Sie Innenkühlung (z. B. Kennametal KOR5), um die Schnitttemperatur zu senken und Späne wegzuspülen.
4.2.2 Verwenden Sie Kühlschmierstoffe (Emulsionen oder Ölkühlmittel), um Reibung und Wärme zu reduzieren und sowohl Werkzeug als auch Werkstück zu schützen.
4.2.3 Stellen Sie einen ausreichenden Kühlmittelstrom sicher, um die Schnittzone abzudecken.
4.3 Bearbeitungsparameter:
4.3.1 Hochgeschwindigkeitszerspanung: Schnittgeschwindigkeiten von 1000–3000 m/min verbessern die Effizienz und reduzieren gleichzeitig die Schnittkraft und die Wärme.
4.3.2 Vorschub: Die Erhöhung des Vorschubs (0,1–0,3 mm/Zahn) steigert die Produktivität, aber übermäßige Kräfte müssen vermieden werden.
4.3.3 Schnitttiefe: Typischerweise 0,5–2 mm, je nach Bedarf angepasst.
4.3.4 Anti-Vibrations-Design: Variable Drallwinkel, ungleiche Nutenteilung oder konische Kernstrukturen können Rattern unterdrücken (z. B. KOR5).
Schlussfolgerung
Die wichtigsten Konstruktionsprinzipien von Hartmetall-Schaftfräsern für Aluminium sind geringe Reibung, hohe Spanabfuhr-Effizienz und Antihaft-Eigenschaften. Empfohlene Materialien sind YG-Hartmetall oder unbeschichtetes, feinstkörniges Hartmetall. Geometrien müssen Schärfe und Steifigkeit in Einklang bringen, und Beschichtungen sollten aluminiumhaltige Verbindungen vermeiden. Für Hochglanzoberflächen oder Hochsilizium-Aluminiumlegierungen sind optimierte Kanten- und Nutendesigns unerlässlich. In der Praxis kann die Leistung durch die Kombination geeigneter Bearbeitungsparameter (z. B. Hochgeschwindigkeits-, Gleichlauffräsen) mit effektiven Kühlstrategien (z. B. Innenkühlung) maximiert werden.
Ringbohrfräser: Ein professionelles Werkzeug zur Bewältigung der Herausforderungen beim Bohren von Edelstahl
Im Bereich der industriellen Bearbeitung hat sich Edelstahl aufgrund seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit, hohen Festigkeit und guten Zähigkeit zu einem Schlüsselmaterial in der Fertigung entwickelt. Diese Eigenschaften stellen jedoch auch erhebliche Herausforderungen für Bohrvorgänge dar, was das Bohren von Edelstahl zu einer anspruchsvollen Aufgabe macht. Unser Ringbohrfräser bietet mit seinem einzigartigen Design und seiner hervorragenden Leistung eine ideale Lösung für effizientes und präzises Bohren in Edelstahl.
Ⅰ. Herausforderungen und Kernschwierigkeiten beim Bohren von Edelstahl
1.Hohe Härte und hohe Verschleißfestigkeit:
Edelstahl, insbesondere austenitische Sorten wie 304 und 316, weist eine hohe Härte auf, die den Schnittwiderstand erheblich erhöht – mehr als das Doppelte von normalem Kohlenstoffstahl. Standardbohrer werden schnell stumpf, wobei sich die Verschleißraten um bis zu 300 % erhöhen.
2.Geringe Wärmeleitfähigkeit und Wärmeansammlung:
Die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl beträgt nur ein Drittel der von Kohlenstoffstahl. Die beim Bohren entstehende Schnittwärme kann nicht schnell abgeleitet werden, wodurch die lokalen Temperaturen 800 °C übersteigen. Unter solchen Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen neigen Legierungselemente in Edelstahl dazu, sich mit dem Bohrmaterial zu verbinden, was zu Adhäsion und Diffusionsverschleiß führt. Dies führt zu einem Ausfall des Anlassens des Bohrers und zur Oberflächenhärtung des Werkstücks.
3.Erhebliche Verfestigungstendenz:
Unter Schnittbeanspruchung wandelt sich ein Teil des Austenits in hochfesten Martensit um. Die Härte der gehärteten Schicht kann sich im Vergleich zum Grundmaterial um das 1,4- bis 2,2-fache erhöhen, wobei die Zugfestigkeit bis zu 1470–1960 MPa erreicht. Infolgedessen schneidet der Bohrer ständig in immer härteres Material ein.
4.Spananhaftung und schlechte Spanabfuhr:
Aufgrund der hohen Duktilität und Zähigkeit von Edelstahl neigen Späne dazu, kontinuierliche Bänder zu bilden, die leicht an der Schneidkante anhaften und Aufbauschneiden bilden. Dies verringert die Schneideffizienz, zerkratzt die Lochwand und führt zu einer übermäßigen Oberflächenrauheit (Ra > 6,3 μm).
5.Verformung dünner Platten und Positionsabweichung:
Beim Bohren von Blechen, die dünner als 3 mm sind, kann der axiale Druck von herkömmlichen Bohrern zu Materialverformungen führen. Wenn die Bohrerspitze durchbricht, können unausgeglichene Radialkräfte zu einer schlechten Lochrundheit führen (die üblicherweise um mehr als 0,2 mm abweicht).
Diese Herausforderungen machen herkömmliche Bohrmethoden für die Edelstahlbearbeitung ineffizient und erfordern fortschrittlichere Bohrlösungen, um diese Probleme effektiv anzugehen.
Ⅱ. Definition des Ringbohrfräsers
Ein Ringbohrfräser, auch Hohlbohrer genannt, ist ein Spezialwerkzeug zum Bohren von Löchern in harten Metallplatten wie Edelstahl und dicken Stahlblechen. Durch die Anwendung des Prinzips des ringförmigen (ringförmigen) Schneidens überwindet er die Einschränkungen herkömmlicher Bohrmethoden.
Das markanteste Merkmal des Ringbohrfräsers ist sein hohler, ringförmiger Schneidkopf, der nur das Material entlang des Lochumfangs und nicht den gesamten Kern entfernt, wie bei herkömmlichen Spiralbohrern. Dieses Design verbessert seine Leistung dramatisch und macht ihn Standardbohrern weit überlegen, wenn mit dicken Stahlplatten und Edelstahl gearbeitet wird.
Ⅲ. Kerntechnisches Design des Ringbohrfräsers
1.Dreikant-Koordinationsschneidstruktur:
Der Verbundschneidkopf besteht aus äußeren, mittleren und inneren Schneidkanten:
Außenkante: Schneidet eine kreisförmige Nut, um einen präzisen Lochdurchmesser (±0,1 mm) zu gewährleisten.
Mittlere Kante: Trägt 60 % der Hauptschneidlast und verfügt über verschleißfestes Hartmetall für Langlebigkeit.
Innenkante: Bricht den Materialkern und unterstützt die Spanabfuhr. Das ungleichmäßige Zahnteilungsdesign hilft, Vibrationen während des Bohrens zu vermeiden.
2.Ringförmiges Schneiden & Spanbruch-Nut-Design:
Nur 12 %–30 % des Materials werden in Ringform entfernt (Kern erhalten), wodurch die Schnittfläche um 70 % reduziert und der Energieverbrauch um 60 % gesenkt wird. Speziell entwickelte Spiralspanrillen brechen Späne automatisch in kleine Fragmente, wodurch eine bandförmige Spanverwicklung effektiv verhindert wird – ein häufiges Problem beim Bohren von Edelstahl.
3.Zentraler Kühlkanal:
Emulsionskühlmittel (Öl-Wasser-Verhältnis 1:5) wird über einen Zentralkanal direkt auf die Schneidkante gesprüht, wodurch die Temperatur in der Schneidzone um über 300 °C gesenkt wird.
4.Positionierungsmechanismus:
Der zentrale Führungsstift besteht aus hochfestem Stahl, um eine genaue Positionierung zu gewährleisten und ein Verrutschen des Bohrers während des Betriebs zu verhindern – besonders wichtig beim Bohren von rutschigen Materialien wie Edelstahl.
Ⅳ. Vorteile von Ringbohrfräsern beim Bohren von Edelstahl
Im Vergleich zu herkömmlichen Spiralbohrern, die einen Vollflächenschnitt durchführen, entfernen Ringbohrfräser nur einen ringförmigen Abschnitt des Materials – wobei der Kern erhalten bleibt – was revolutionäre Vorteile mit sich bringt:
1.Durchbruch bei der Effizienzsteigerung:
Mit einer Reduzierung der Schnittfläche um 70 % dauert das Bohren eines Φ30-mm-Lochs in 12 mm dickem 304er-Edelstahl nur 15 Sekunden – 8- bis 10-mal schneller als mit einem Spiralbohrer. Für denselben Lochdurchmesser reduziert das Ringschneiden den Arbeitsaufwand um über 50 %. Beispielsweise dauert das Bohren durch eine 20 mm dicke Stahlplatte 3 Minuten mit einem herkömmlichen Bohrer, aber nur 40 Sekunden mit einem Ringbohrfräser.
2.Erhebliche Reduzierung der Schnitttemperatur:
Kühlmittel wird direkt in die Hochtemperaturzone eingespritzt (optimales Verhältnis: Öl-Wasser-Emulsion 1:5). In Kombination mit dem geschichteten Schneiddesign hält dies die Temperatur des Fräskopfes unter 300 °C und verhindert Anlassen und thermisches Versagen.
3.Garantierte Präzision und Qualität:
Das synchronisierte Schneiden mit mehreren Kanten sorgt für eine automatische Zentrierung, was zu glatten, gratfreien Lochwänden führt. Die Lochdurchmesserabweichung beträgt weniger als 0,1 mm, und die Oberflächenrauheit beträgt Ra ≤ 3,2 μm – wodurch eine Nachbearbeitung überflüssig wird.
4.Verlängerte Werkzeugstandzeit und reduzierte Kosten:
Der Hartmetall-Schneidkopf widersteht der hohen Abriebfestigkeit von Edelstahl. Über 1.000 Löcher können pro Nachschleifzyklus gebohrt werden, wodurch die Werkzeugkosten um bis zu 60 % gesenkt werden.
5.Fallstudie:
Ein Lokomotivenhersteller verwendete Ringbohrfräser, um 18-mm-Löcher in 3 mm dicke 1Cr18Ni9Ti-Edelstahl-Grundplatten zu bohren. Die Lochdurchgangsrate verbesserte sich von 95 % auf 99,8 %, die Rundheitsabweichung verringerte sich von 0,22 mm auf 0,05 mm und die Arbeitskosten wurden um 70 % gesenkt.
Ⅴ. Fünf Kernherausforderungen und gezielte Lösungen für das Bohren von Edelstahl
1.Verformung dünner Wände
1.1Problem: Axialer Druck von herkömmlichen Bohrern verursacht plastische Verformung dünner Platten; beim Durchbruch führt eine radiale Kraftunwucht zu ovalen Löchern.
1.2.Lösungen:
Stützmethode: Legen Sie Aluminium- oder Kunststoff-Stützplatten unter das Werkstück, um die Druckspannung zu verteilen. Getestet an 2 mm Edelstahl, Ovalitätsabweichung ≤ 0,05 mm, Verformungsrate um 90 % reduziert.
Schrittvorschubparameter: Anfangsvorschub ≤ 0,08 mm/Umdrehung, Erhöhung auf 0,12 mm/Umdrehung bei 5 mm vor dem Durchbruch und auf 0,18 mm/Umdrehung bei 2 mm vor dem Durchbruch, um eine kritische Drehschwingung zu vermeiden.
2. Schneidanhaftung und Unterdrückung von Aufbauschneiden
2.1.Ursache: Verschweißen von Edelstahlspänen an der Schneidkante bei hoher Temperatur (>550 °C) verursacht Cr-Element-Ausfällung und -Anhaftung.
2.2.Lösungen:
Fasen-Schneidkantentechnologie: Fügen Sie eine 45°-Fasenkante mit einer Breite von 0,3–0,4 mm und einem Freiwinkel von 7° hinzu, wodurch die Kontaktfläche zwischen Klinge und Span um 60 % reduziert wird.
Spanbruch-Beschichtungsanwendung: Verwenden Sie TiAlN-beschichtete Bohrer (Reibungskoeffizient 0,3), um die Aufbauschneidenrate um 80 % zu reduzieren und die Werkzeugstandzeit zu verdoppeln.
Pulsierende Innenkühlung: Heben Sie den Bohrer alle 3 Sekunden für 0,5 Sekunden an, um das Eindringen von Schneidflüssigkeit an der Haftungsgrenzfläche zu ermöglichen. In Kombination mit einer 10 %igen Extremdruckemulsion mit Schwefelzusätzen kann die Temperatur in der Schneidzone um über 300 °C sinken, wodurch das Schweißrisiko erheblich reduziert wird.
3. Spanabfuhrprobleme und Bohrerverklemmung
3.1.Fehlermechanismus: Lange Streifenspäne verwickeln den Werkzeugkörper, blockieren den Kühlmittelfluss und verstopfen schließlich die Spanrillen, was zum Bruch des Bohrers führt.
3.2.Effiziente Spanabfuhrlösungen:
Optimiertes Spanrillen-Design: Vier Spiralrillen mit einem Spiralwinkel von 35°, erhöhte Rillentiefe um 20 %, wodurch sichergestellt wird, dass die Spanbreite jeder Schneidkante ≤ 2 mm beträgt; reduziert die Schneidschwingung und arbeitet mit Federschubstangen für die automatische Spanabfuhr zusammen.
Druckluftunterstützte Spanabfuhr: Bringen Sie eine 0,5-MPa-Druckluftpistole an einem Magnetbohrer an, um Späne nach jedem Loch wegzublasen, wodurch die Verklemmrate um 95 % reduziert wird.
Intermittierendes Bohrerrückziehverfahren: Ziehen Sie den Bohrer vollständig zurück, um Späne zu entfernen, nachdem Sie eine Tiefe von 5 mm erreicht haben, besonders empfohlen für Werkstücke, die dicker als 25 mm sind.
4. Positionierung auf gekrümmten Oberflächen und Sicherstellung der Rechtwinkligkeit
4.1.Besondere Szenarien-Herausforderung: Bohrer rutscht auf gekrümmten Oberflächen wie Stahlrohren, anfänglicher Positionierungsfehler >1 mm.
4.2.Technische Lösungen:
Kreuzlaser-Positionierungsvorrichtung: Integrierter Laserprojektor am Magnetbohrer projiziert ein Fadenkreuz auf die gekrümmte Oberfläche mit einer Genauigkeit von ±0,1 mm.
Gekrümmte Oberflächen-Adaptive-Vorrichtung: V-Nut-Klemme mit hydraulischer Verriegelung (Klemmkraft ≥5 kN) stellt sicher, dass die Bohrachse parallel zur Oberflächennormalen verläuft.
Schrittweises Startbohrverfahren: Stanzen Sie ein 3-mm-Pilotloch auf der gekrümmten Oberfläche → Ø10-mm-Pilotloch-Erweiterung → Ringbohrfräser mit Zieldurchmesser. Diese dreistufige Methode erreicht eine Vertikalität von Ø50-mm-Löchern bei 0,05 mm/m.
Ⅵ.Konfiguration der Edelstahlbohrparameter und Kühlflüssigkeit Wissenschaft
6.1 Goldene Matrix der Schnittparameter
Die dynamische Anpassung der Parameter an die Edelstahlstärke und den Lochdurchmesser ist der Schlüssel zum Erfolg:
Werkstückdicke
Lochdurchmesserbereich
Spindeldrehzahl (U/min)
Vorschub (mm/Umdrehung)
Kühlmitteldruck (bar)
1-3 mm
Ø12-30 mm
450-600
0,10-0,15
3-5
3-10 mm
Ø30-60 mm
300-400
0,12-0,18
5-8
10-25 mm
Ø60-100 mm
150-250
0,15-0,20
8-12
>25 mm
Ø100-150 mm
80-120
0,18-0,25
12-15
Daten aus Versuchen zur Bearbeitung von austenitischem Edelstahl.
Hinweis: Vorschub 0,25 mm/Umdrehung verursacht Ausbrüche der Wendeschneidplatte. Eine strenge Abstimmung von Drehzahl und Vorschubverhältnis ist erforderlich.
6.2 Auswahl und Verwendungshinweise für Kühlmittel
6.2.1.Bevorzugte Formulierungen:
Dünne Platten: Wasserlösliche Emulsion (Öl:Wasser = 1:5) mit 5 % geschwefelten Hochdruckzusätzen.
Dicke Platten: Hochviskoses Schneidöl (ISO VG68) mit Chlorzusätzen zur Verbesserung der Schmierung.
6.2.2.Anwendungsspezifikationen:
Interne Kühlpriorität: Kühlmittel wird durch die Bohrungsmitte des Bohrers zur Bohrerspitze geleitet, Durchflussrate ≥ 15 l/min.
Externe Kühlunterstützung: Düsen sprühen Kühlmittel in einem Winkel von 30° auf die Spanrillen.
Temperaturüberwachung: Ersetzen Sie das Kühlmittel oder passen Sie die Formulierung an, wenn die Temperatur in der Schneidzone 120 °C übersteigt.
6.3 Sechs-Schritte-Betriebsprozess
Werkstückspannen → Hydraulische Vorrichtung verriegeln
Mittelpositionierung → Laser-Kreuzkalibrierung
Bohrer montieren → Anzugsdrehmoment der Wendeschneidplatte prüfen
Parametereinstellung → Konfiguration gemäß Dicke-Lochdurchmesser-Matrix
Kühlmittel aktivieren → Kühlmittel 30 Sekunden lang vorspritzen
Schrittweises Bohren → Alle 5 mm zurückziehen, um Späne zu entfernen und Rillen zu reinigen
Ⅶ.Auswahlempfehlungen und Szenarioanpassung
7.1 Bohrerauswahl
7.1.1.Materialoptionen
Wirtschaftlicher Typ: Kobalt-Schnellarbeitsstahl (M35)
Anwendbare Szenarien: 304er-Edelstahl-Dünnbleche 2000 Löcher, TiAlN-Beschichtung Reibungskoeffizient 0,3, reduziert Aufbauschneiden um 80 %, löst Haftungsprobleme mit 316L-Edelstahl.
Spezielle verstärkte Lösung (Extrembedingungen): Wolframkarbid-Substrat + Nanoröhrenbeschichtung
Nanopartikelverstärkung verbessert die Biegefestigkeit, Hitzebeständigkeit bis zu 1200 °C, geeignet für Tieflochbohren (>25 mm) oder Edelstahl mit Verunreinigungen.
7.1.2.Schaftkompatibilität
Inländische Magnetbohrer: Winkel-Schaft.
Importierte Magnetbohrer (FEIN, Metabo): Universalschaft, Schnellwechselsystem unterstützt, Rundlauftoleranz ≤ 0,01 mm.
Japanische Magnetbohrer (Nitto): Nur Universalschaft, Winkelschäfte nicht kompatibel; erfordern eine dedizierte Schnellwechselschnittstelle.
Bearbeitungszentren / Bohrmaschinen: HSK63-Hydraulikwerkzeughalter (Rundlauf ≤ 0,01 mm).
Handbohrmaschinen / tragbare Geräte: Vierloch-Schnellwechsel-Schaft mit selbstsichernden Stahlkugeln.
Spezielle Anpassung: Herkömmliche Bohrmaschinen erfordern Morsekonusadapter (MT2/MT4) oder BT40-Adapter für die Kompatibilität mit Ringbohrfräsern.
7.2 Typische Szenarien-Lösungen
7.2.1.Verbindungsbohrungen für Dünnbleche in Stahlkonstruktionen
Schmerzpunkt: 3 mm dicke 304er-Edelstahl-Dünnbleche neigen zu Verformungen; Rundheitsabweichung > 0,2 mm.
Lösung:Bohrer: HSS-Winkelschaft (Schnitttiefe 35 mm) + Magnetbohrer mit Adsorptionskraft > 23 kN.
Parameter: Drehzahl 450 U/min, Vorschub 0,08 mm/Umdrehung, Kühlmittel: Öl-Wasser-Emulsion.
7.2.2.Tieflochbearbeitung von dicken Platten im Schiffbau
Schmerzpunkt: 30 mm dicke 316L-Stahlplatten, herkömmlicher Bohrer benötigt 20 Minuten pro Loch.
Lösung:
Bohrer: TiAlN-beschichteter Hartmetallbohrer (Schnitttiefe 100 mm) + Hochdruck-Schneidöl (ISO VG68).
Parameter: Drehzahl 150 U/min, Vorschub 0,20 mm/Umdrehung, schrittweise Spanabfuhr.
7.2.3.Bohren von Löchern auf der Oberfläche von Schienen mit hoher Härte
Schmerzpunkt: Oberflächenhärte HRC 45–50, anfällig für Kantenausbrüche.
Lösung:
Bohrer: Wolframkarbid-Vierloch-Schaftbohrer + interner Kühlkanal (Druck ≥ 12 bar).
Unterstützung: V-förmige Vorrichtungsklemmung + Laserpositionierung (±0,1 mm Genauigkeit).
7.2.4.Positionierung auf gekrümmten/geneigten Oberflächen
Schmerzpunkt: Verrutschen auf der gekrümmten Oberfläche verursacht einen Positionierungsfehler > 1 mm.
Lösung:Dreistufiges Bohrverfahren: Ø3-mm-Pilotloch → Ø10-mm-Erweiterungsloch → Ringbohrfräser mit Zieldurchmesser. Ausrüstung: Magnetbohrer mit integrierter Kreuzlaserpositionierung.
Ⅷ.Technischer Wert und wirtschaftlicher Nutzen des Stahlplattenbohrens
Die Kernherausforderung beim Bohren von Edelstahl liegt im Konflikt zwischen den Eigenschaften des Materials und herkömmlichen Werkzeugen. Der Ringbohrfräser erzielt einen grundlegenden Durchbruch durch drei wichtige Innovationen:
Ringförmige Schneidrevolution: entfernt nur 12 % des Materials anstelle des vollen Querschnitts.
Mechanische Lastverteilung mit mehreren Kanten: reduziert die Last pro Schneidkante um 65 %.
Dynamisches Kühlungsdesign: senkt die Schnitttemperatur um mehr als 300 °C.
In praktischen industriellen Validierungen liefern Ringbohrfräser erhebliche Vorteile:
Effizienz: Die Einzelbohrzeit wird auf 1/10 der Zeit mit Spiralbohrern reduziert, wodurch die Tagesleistung um 400 % gesteigert wird.
Kosten: Die Standzeit der Wendeschneidplatte übersteigt 2000 Löcher, wodurch die Gesamtbearbeitungskosten um 60 % gesenkt werden.
Qualität: Die Lochdurchmessertoleranz erfüllt durchweg die IT9-Güte, mit nahezu null Ausschussraten.
Mit der Verbreitung von Magnetbohrern und den Fortschritten in der Hartmetalltechnologie sind Ringbohrfräser zur unersetzlichen Lösung für die Edelstahlbearbeitung geworden. Mit der richtigen Auswahl und dem standardisierten Betrieb können selbst extreme Bedingungen wie tiefe Löcher, dünne Wände und gekrümmte Oberflächen eine hocheffiziente und präzise Bearbeitung erreichen.
Es wird empfohlen, dass Unternehmen eine Datenbank mit Bohrparametern basierend auf ihrer Produktstruktur aufbauen, um das gesamte Werkzeuglebenszyklusmanagement kontinuierlich zu optimieren.
1. WAS IST DER HARTMETALLFRÄSER?
Hartmetallfräser, auch bekannt als Frässtift, Fräser, Hartmetallfräserstift, Hartmetall-Schleifstift usw. Streng genommen ist der Hartmetallfräser eine Art rotierendes Schneidwerkzeug, das an pneumatischen Werkzeugen oder Elektrowerkzeugen befestigt wird und speziell zum Entfernen von Metallgraten, Schweißnähten und zum Reinigen von Schweißnähten verwendet wird. Er wird hauptsächlich im Grobbearbeitungsprozess des Werkstücks mit hoher Effizienz eingesetzt.
2. DIE KOMPONENTEN DES HARTMETALLFRÄSERS?
Hartmetallfräser können in gelötete und massive Ausführungen unterteilt werden. Die gelötete Ausführung besteht aus einem Hartmetallkopf und einem Stahlschaft, die miteinander verlötet sind. Wenn der Durchmesser des Fräserkopfes und des Schaftes nicht gleich ist, wird die gelötete Ausführung verwendet. Die massive Ausführung besteht aus massivem Hartmetall, wenn der Durchmesser des Fräserkopfes und des Schaftes gleich ist.
3. WOFÜR WIRD DER HARTMETALLFRÄSER VERWENDET?
Hartmetallfräser werden häufig eingesetzt und sind eine wichtige Möglichkeit, die Produktionseffizienz zu verbessern und die Mechanisierung von Monteuren zu erreichen. In den letzten Jahren ist er mit der steigenden Anzahl von Anwendern zu einem notwendigen Werkzeug für Monteure und Reparaturtechniker geworden.
Die Hauptverwendungen:
♦ Spanabnahme.
♦ Formmodifikation.
♦ Kanten- und Fasenbearbeitung.
♦ Vorbereitendes Fräsen für das Auftragschweißen.
♦ Schweißnahtreinigung.
♦ Reinigen von Gussmaterialien.
♦ Verbesserung der Geometrie des Werkstücks.
Die wichtigsten Branchen:
♦ Formenbau. Für die Endbearbeitung aller Arten von Metallformhohlräumen, wie z. B. Schuhformen usw.
♦ Gravierindustrie. Zum Gravieren aller Arten von Metallen und Nichtmetallen, wie z. B. Kunstgeschenke.
♦ Gerätebauindustrie. Zum Reinigen der Grate, des Grats, der Schweißnaht von Gussteilen, Schmiedeteilen und Schweißkonstruktionen, wie z. B. Gießereien, Werften, Radnabenpolieren in Automobilfabriken usw.
♦ Maschinenbauindustrie. Für die Bearbeitung der Fase, der Rundung, der Nut und der Keilnut aller Arten von Maschinenteilen, die Reinigung von Rohren, die Endbearbeitung der Oberfläche der Innenbohrung der Maschinenteile, wie z. B. Maschinenfabriken, Reparaturwerkstätten usw.
♦ Motorenindustrie. Zum Glätten des Strömungskanals des Laufrads, wie z. B. in Automotorenfabriken.
♦ Schweißindustrie. Zum Glätten der Schweißfläche, wie z. B. beim Nietschweißen.4. DIE VORTEILE DES HARTMETALLFRÄSERS.
♦ Alle Arten von Metallen (einschließlich gehärtetem Stahl) und nichtmetallischen Materialien (wie Marmor, Jade, Knochen, Kunststoff) mit einer Härte unter HRC70 können mit dem Hartmetallfräser beliebig geschnitten werden.
♦ Er kann in den meisten Arbeiten kleine Schleifscheiben mit Schaft ersetzen und verursacht keine Staubbelastung.
♦ Hohe Produktionseffizienz, um das Zehnfache höher als die Bearbeitungseffizienz der manuellen Feile und um mehr als das Zehnfache höher als die Bearbeitungseffizienz der kleinen Schleifscheibe mit Schaft.
♦ Mit guter Bearbeitungsqualität und hoher Oberflächengüte kann der Hartmetallfräser verschiedene Formen von Formhohlräumen mit hoher Präzision bearbeiten.
♦ Der Hartmetallfräser hat eine lange Lebensdauer, ist 10-mal haltbarer als ein Hochgeschwindigkeitsstahlschneider und 200-mal haltbarer als eine Aluminiumoxidschleifscheibe.
♦ Der Hartmetallfräser ist einfach zu bedienen, sicher und zuverlässig, er kann die Arbeitsintensität reduzieren und die Arbeitsumgebung verbessern.
♦ Der wirtschaftliche Nutzen nach der Verwendung des Hartmetallfräsers wird stark verbessert, und die umfassenden Bearbeitungskosten können durch die Verwendung des Hartmetallfräsers um das Zehnfache reduziert werden.5. DER BEREICH DER BEARBEITETEN MATERIALIEN DES HARTMETALLFRÄSERS.
Anwendung
Materialien
Zum Entgraten, Fräsen des Vorbereitungsprozesses, Auftragschweißen, Schweißpunktbearbeitung, Formbearbeitung, Gussfasen, Senkbearbeitung, Reinigung.
Stahl, Gussstahl
Nicht gehärteter Stahl, nicht wärmebehandelter Stahl, Festigkeit nicht über 1.200 N/mm²(
38HRC)
Werkzeugstahl, vergüteter Stahl, legierter Stahl, Gussstahl
Edelstahl
Rostfreier und säurebeständiger Stahl
Austenitische und ferritische Edelstähle
NE-Metalle
Weiche NE-Metalle
Aluminium
Messing, Rotkupfer, Zink
Harte NE-Metalle
Aluminiumlegierung, Messing, Kupfer, Zink
Messing, Titan/Titanlegierung, Duraluminiumlegierung (hoher Siliziumgehalt)
Hitzebeständiges Material
Nickelbasis- und Kobaltbasislegierungen (Motoren- und Turbinenherstellung)
Gusseisen
Grauguss, Weißguss
Sphäroguss / Duktiles Eisen EN-GJS(GGG)
Weißer geglühter Guss EN-GJMW(GTW),
Schwarzes Eisen EN-GJMB(GTS)
Zum Fräsen, Formbearbeitung
Kunststoff, andere Materialien
Faserverstärkte Kunststoffe (GFK/CFK), Fasergehalt ≤40%
Faserverstärkte Kunststoffe (GFK/CFK), Fasergehalt >40%
Zum Trimmen, Formfräsen von Schneidlöchern
Thermoplast
6. DIE PASSENDEN WERKZEUGE DES HARTMETALLFRÄSERS.
Hartmetallfräser werden in der Regel mit Hochgeschwindigkeits-Elektroschleifern oder pneumatischen Werkzeugen verwendet, sie können auch an Werkzeugmaschinen montiert werden. Da pneumatische Werkzeuge in der Industrie häufig verwendet werden, wird die Verwendung von Hartmetallfräsern in der Industrie im Allgemeinen von pneumatischen Werkzeugen angetrieben. Für den persönlichen Gebrauch ist der Elektroschleifer bequemer, er funktioniert, nachdem Sie ihn eingesteckt haben, ohne Luftkompressor. Sie müssen lediglich einen Elektroschleifer mit hoher Geschwindigkeit auswählen. Die empfohlene Drehzahl liegt in der Regel bei 6000-40000 U/min, und eine detailliertere Beschreibung der empfohlenen Drehzahl finden Sie im Folgenden.
7. DIE EMPFOHLENE DREHZAHL DES HARTMETALLFRÄSERS.
Der Hartmetallfräser sollte mit einer angemessenen Geschwindigkeit von 1.500 bis 3.000 Fuß pro Minute betrieben werden. Gemäß dieser Spezifikation ist eine große Auswahl an Hartmetallfräsern für Schleifmaschinen erhältlich. Zum Beispiel: 30.000 U/min Schleifmaschinen können mit Hartmetallfräsern mit einem Durchmesser von 3/16" bis 3/8" kombiniert werden; Für 22.000 U/min Schleifmaschinen sind Hartmetallfräser mit einem Durchmesser von 1/4" bis 1/2" erhältlich. Für einen effizienteren Betrieb ist es jedoch am besten, den am häufigsten verwendeten Durchmesser zu wählen.
Darüber hinaus ist die Optimierung der Schleifumgebung und die Wartung der Schleifmaschine ebenfalls sehr wichtig. Wenn eine 22.000 U/min Schleifmaschine häufig ausfällt, liegt dies wahrscheinlich daran, dass die Drehzahl zu niedrig ist. Daher empfehlen wir Ihnen, das Luftdrucksystem und die Dichtungsanordnung Ihrer Schleifmaschine häufig zu überprüfen.
Eine angemessene Arbeitsgeschwindigkeit ist in der Tat sehr wichtig, um einen guten Schneideffekt und eine gute Werkstückqualität zu erzielen. Durch Erhöhen der Geschwindigkeit kann die Bearbeitungsqualität verbessert und die Werkzeuglebensdauer verlängert werden, aber wenn die Geschwindigkeit zu hoch ist, kann dies dazu führen, dass der Stahlschaft reißt; Durch Reduzieren der Geschwindigkeit wird das schnelle Schneiden unterstützt, dies kann jedoch zu einer Überhitzung des Systems und einer Verringerung der Schnittqualität führen. Daher sollte jede Art von Hartmetallfräser entsprechend dem spezifischen Betrieb der geeigneten Geschwindigkeit ausgewählt werden.
Bitte überprüfen Sie die empfohlene Geschwindigkeitsliste wie unten:
Die empfohlene Geschwindigkeitsliste für die Verwendung von Hartmetallfräsern.
Die Drehzahlbereiche werden für verschiedene Materialien und Fräserdurchmesser empfohlen
(U/min)Fräserdurchmesser
3 mm (1/8")
6 mm (1/4")
10 mm (3/8")
12 mm (1/2")
16 mm (5/8")
Maximale Betriebsgeschwindigkeit (U/min)
90000
65000
45000
35000
25000
20000
Drehzahlbereich
60000-80000
45000-60000
10000-50000
7000-30000
6000-20000
Empfohlene Startdrehzahl
80000
45000
25000
20000
Kupfer, Gusseisen
Drehzahlbereich
60000-80000
22500-60000
15000-40000
11000-30000
9000-20000
Empfohlene Startdrehzahl
80000
45000
30000
25000
20000
Drehzahlbereich
60000-80000
45000-60000
30000-40000
22500-30000
18000-20000
Empfohlene Startdrehzahl
80000
50000
30000
25000
20000
I. Einleitung
Superlegierungen sind metallische Werkstoffe, die bei hohen Temperaturen eine ausgezeichnete Festigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit beibehalten. Sie werden häufig in Luft- und Raumfahrtmotoren, Gasturbinen, Kernkraftwerken und Energieanlagen eingesetzt. Ihre überlegenen Eigenschaften stellen jedoch erhebliche Herausforderungen für die Bearbeitung dar. Insbesondere beim Einsatz von Fräsern für Fräsvorgänge sind Probleme wie schneller Werkzeugverschleiß, hohe Schnitttemperaturen und schlechte Oberflächenqualität besonders ausgeprägt. Dieser Artikel untersucht die häufigsten Probleme beim Fräsen von Superlegierungen und bietet entsprechende Lösungen.
II. Was ist eine Superlegierung?
Superlegierungen (oder Hochtemperaturlegierungen) sind metallische Werkstoffe, die unter erhöhten Temperaturen eine hohe Festigkeit und eine hervorragende Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit beibehalten. Sie können unter komplexer Belastung in oxidierenden und gasförmigen Korrosionsumgebungen von 600 °C bis 1100 °C zuverlässig arbeiten. Superlegierungen umfassen hauptsächlich Nickel-, Kobalt- und Eisenbasislegierungen und werden häufig in der Luft- und Raumfahrt, Gasturbinen, Kernkraft, Automobil- und petrochemischen Industrie eingesetzt.
III. Eigenschaften von Superlegierungen
1.Hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen
Fähigkeit, hohen Belastungen über längere Zeiträume bei hohen Temperaturen ohne nennenswerte Kriechverformung standzuhalten.
2.Hervorragende Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit
Behält die strukturelle Stabilität auch bei Einwirkung von Luft, Verbrennungsgasen oder chemischen Medien bei erhöhten Temperaturen bei.
3.Gute Ermüdungs- und Bruchzähigkeit
Fähigkeit, thermischen Zyklen und Stoßbelastungen in extremen Umgebungen standzuhalten.
4.Stabile Mikrostruktur
Weist eine gute strukturelle Stabilität auf und widersteht einer Leistungsverschlechterung bei langfristigem Hochtemperatureinsatz.
IV. Typische Superlegierungswerkstoffe
1.Nickelbasis-Superlegierungen
International gängige Sorten:
Eigenschaften & Anwendungen
Eigenschaften
Typische Anwendungen
Inconel 718
Hervorragende Hochtemperaturfestigkeit, gute Schweißbarkeit
Flugzeugtriebwerke, Kernreaktorkomponenten
Inconel 625
Hohe Korrosionsbeständigkeit, beständig gegen Meerwasser und Chemikalien
Marineausrüstung, Chemiebehälter
Inconel X-750
Hohe Kriechfestigkeit, geeignet für langfristige Hochtemperaturbelastungen
Turbinenteile, Federn, Befestigungselemente
Waspaloy
Behält hohe Festigkeit bei 700–870 °C bei
Gasturbinenschaufeln, Dichtungskomponenten
Rene 41
Überlegene mechanische Hochtemperatureigenschaften
Brennkammmern von Strahltriebwerken, Düsen
2.Kobaltbasis-Superlegierungen
International gängige Sorten:
Eigenschaften & Anwendungen
Eigenschaften
Anwendungen
Stellite 6
Hervorragende Verschleiß- und Heißkorrosionsbeständigkeit
Ventile, Dichtflächen, Schneidwerkzeuge
Haynes 188
Gute Oxidations- und Kriechbeständigkeit bei hohen Temperaturen
Turbinengehäuse, Brennkammerteile
Mar-M509
Hohe Korrosions- und Thermoschockbeständigkeit
Heißendkomponenten von Gasturbinen
Gängige chinesische Sorten (mit internationalen Äquivalenten):
Eigenschaften & Anwendungen
Eigenschaften
Anwendungen
K640
Äquivalent zu Stellite 6
Ventillegerungen, Wärmeausrüstung
GH605
Ähnlich wie Haynes 25
Bemannte Weltraummissionen, Industrieturbinen
3.Eisenbasis-Superlegierungen
Eigenschaften:Geringe Kosten, gute Zerspanbarkeit; geeignet für mittlere Temperaturen (≤700 °C).
International gängige Sorten:
Eigenschaften & Anwendungen
Eigenschaften
Anwendungen
A-286 (UNS S66286)
Gute Hochtemperaturfestigkeit und Schweißbarkeit
Befestigungselemente für Flugzeugtriebwerke, Gasturbinenkomponenten
Legierung 800H/800HT
Hervorragende strukturelle Stabilität und Korrosionsbeständigkeit
Wärmetauscher, Dampferzeuger
310S Edelstahl
Oxidationsbeständig, kostengünstig
Ofenrohre, Abgassysteme
Gängige chinesische Sorten (mit internationalen Äquivalenten):
Eigenschaften & Anwendungen
Internationales Äquivalent
Anwendungen
1Cr18Ni9Ti
Ähnlich wie 304 Edelstahl
Allgemeine Hochtemperaturumgebungen
GH2132
Äquivalent zu A-286
Schrauben, Dichtungen, Federn
4.Vergleich von Nickel-, Kobalt- und Eisenbasis-Superlegierungen
Legierungstyp
Betriebstemperaturbereich
Festigkeit
Korrosionsbeständigkeit
Kosten
Typische Anwendungen
Nickelbasiert
≤1100 °C
★★★★★
★★★★★
Hoch
Luft- und Raumfahrt, Energie, Kernkraft
Kobaltbasiert
≤1000 °C
★★★★
★★★★★
Relativ hoch
Chemische Industrie, Gasturbinen
Eisenbasiert
≤750 °C
★★★
★★★
Niedrig
Allgemeine Industrie, Strukturteile
V. Anwendungsbeispiele für Superlegierungen
Industrie
Anwendungskomponenten
Luft- und Raumfahrt
Turbinenschaufeln, Brennkammern, Düsen, Dichtungsringe
Energieanlagen
Gasturbinenschaufeln, Kernreaktorkomponenten
Chemische Industrie
Hochtemperaturreaktoren, Wärmetauscher, korrosionsbeständige Pumpen und Ventile
Ölbohrung
Hochtemperatur- und Hochdruckdichtungen, Bohrlochwerkzeuge
Automobilindustrie
Turboladerkomponenten, Hochleistungsabgassysteme
VI. Herausforderungen bei der Bearbeitung von Superlegierungen
1. Hohe Festigkeit und Härte:
Superlegierungen behalten auch bei Raumtemperatur eine hohe Festigkeit (z. B. übersteigt die Zugfestigkeit von Inconel 718 1000 MPa). Während der Bearbeitung neigen sie dazu, eine verfestigte Schicht zu bilden (mit einer 2-3-fachen Härte), was den Schnittwiderstand bei nachfolgenden Operationen erheblich erhöht. Unter solchen Bedingungen wird der Werkzeugverschleiß verstärkt, die Schnittkräfte schwanken stark und die Wahrscheinlichkeit von Ausbrüchen an der Schneidkante ist größer.
2. Schlechte Wärmeleitfähigkeit und konzentrierte Schnittwärme:
Superlegierungen haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit (z. B. beträgt die Wärmeleitfähigkeit von Inconel 718 nur 11,4 W/m·K, etwa ein Drittel der von Stahl). Die Schnittwärme kann nicht schnell abgeführt werden, und die Temperatur der Schneidspitze kann 1000 °C übersteigen. Dies führt dazu, dass sich das Werkzeugmaterial erweicht (aufgrund unzureichender Rotgluthärte) und der Diffusionsverschleiß beschleunigt wird.
3. Starke Verfestigung:
Die Materialoberfläche wird nach der Bearbeitung härter, was den Werkzeugverschleiß weiter verstärkt.
4. Hohe Zähigkeit und Schwierigkeiten bei der Spanabfuhr:
Die Späne von Superlegierungen sind sehr zäh und brechen nicht leicht, wodurch oft lange Späne entstehen, die sich um das Werkzeug wickeln oder die Werkstückoberfläche zerkratzen können. Dies beeinträchtigt die Stabilität des Bearbeitungsprozesses und erhöht den Werkzeugverschleiß.
5. Hohe chemische Reaktivität:
Nickelbasislegierungen neigen zu Diffusionsreaktionen mit Werkzeugmaterialien (wie WC-Co-Hartmetallen), was zu Adhäsionsverschleiß führt. Dies führt dazu, dass das Werkzeugoberflächenmaterial abgetragen wird, wodurch ein halbmondförmiger Verschleißkrater entsteht.
VII. Häufige Probleme beim Fräsen von Superlegierungen mit Fräsern
1. Starker Werkzeugverschleiß
• Die hohe Härte und Festigkeit von Superlegierungen führen zu einem schnellen Verschleiß der Span- und Freiflächen des Fräsers.
• Hohe Schnitttemperaturen können zu thermischen Ermüdungsrissen, plastischer Verformung und Diffusionsverschleiß im Werkzeug führen.
2. Übermäßige Schnitttemperatur
• Die schlechte Wärmeleitfähigkeit von Superlegierungen bedeutet, dass die große Wärmemenge, die beim Schneiden entsteht, nicht rechtzeitig abgeführt werden kann.
• Dies führt zu lokaler Überhitzung des Werkzeugs, was in schweren Fällen zu Werkzeugausfall oder Ausbrüchen führen kann.
3. Starke Verfestigung
• Superlegierungen neigen während der Bearbeitung zur Verfestigung, wobei die Oberflächenhärte schnell zunimmt.
• Der nächste Schnittvorgang trifft auf eine härtere Oberfläche, was den Werkzeugverschleiß verschlimmert und die Schnittkräfte erhöht.
4. Hohe Schnittkräfte und starke Vibrationen
• Die hohe Festigkeit des Materials führt zu großen Schnittkräften.
• Wenn die Werkzeugstruktur nicht richtig konstruiert ist oder das Werkzeug nicht sicher eingespannt ist, kann dies zu Bearbeitungsvibrationen und Rattern führen, was zu Werkzeugschäden oder schlechter Oberflächengüte führt.
5. Werkzeugadhäsion und Aufbauschneide
• Bei hohen Temperaturen neigt das Material dazu, an der Schneidkante des Werkzeugs anzuhaften und eine Aufbauschneide zu bilden.
• Dies kann zu instabilem Schneiden, Oberflächenkratzern auf dem Werkstück oder ungenauen Abmessungen führen.
6. Schlechte Oberflächenqualität
• Häufige Oberflächenfehler sind Grate, Kratzer, Oberflächenhärtepunkte und Verfärbungen in der wärmebeeinflussten Zone.
• Eine hohe Oberflächenrauheit kann die Lebensdauer des Teils beeinträchtigen.
7. Kurze Werkzeugstandzeit und hohe Bearbeitungskosten
• Die kombinierte Wirkung der oben genannten Probleme führt zu einer viel kürzeren Werkzeugstandzeit im Vergleich zur Bearbeitung von Materialien wie Aluminiumlegierungen oder kohlenstoffarmem Stahl.
• Häufiger Werkzeugwechsel, geringe Bearbeitungseffizienz und hohe Bearbeitungskosten sind die Folgen. 8. Lösungen & Optimierung
VIII. Lösungen und Optimierungsempfehlungen
1. Lösungen für starken Werkzeugverschleiß:
1.1. Wählen Sie ein Feinstkorn-Hartmetallmaterial (Submikron-/Feinstkorn-Hartmetall), das eine überlegene Verschleißfestigkeit und Querbruchfestigkeit bietet.
*Feinstkorn-Hartmetall wird aufgrund seiner hervorragenden Verschleißfestigkeit und hohen Härte häufig in Formen, Schneidwerkzeugen, Präzisionsbearbeitung, elektronischen Bauteilen und anderen Bereichen eingesetzt. Die typische WC-Korngröße liegt im Bereich von etwa 0,2 bis 0,6 µm. Entsprechend den Standards verschiedener Länder und Marken sind die üblicherweise verwendeten Sorten von Feinstkorn-Hartmetall wie folgt:
A. Gängige chinesische Feinstkorn-Hartmetallsorten (z. B. XTC, Zhuzhou Cemented Carbide, Jiangxi Rare Earth, Meirgute usw.)
Eigenschaften & Anwendungen
K3130,4
6,0
Hohe Härte, geringer Co-Gehalt, geeignet für die Bearbeitung von harten Materialien.
0,6
0,4-0,5
10,0
YG8X
0,6
0,4-0,5
K40UF
YG10X
0,6
0,4-0,5
2. Lösungen für übermäßige Schnitttemperatur:
ZK10UF
~0,5
10,0
2. Lösungen für übermäßige Schnitttemperatur:
TF08
0,5
D. USA-Sorten (Kennametal,Carbide USA)
K40UF
WF25
0,5
D. USA-Sorten (Kennametal,Carbide USA)
0,5
B. Deutsche Sorten (z. B. CERATIZIT, H.C. Starck usw.)
Sorte
Eigenschaften & Anwendungen
K3130,4
6,0
Hohe Härte, geringer Co-Gehalt, geeignet für die Bearbeitung von harten Materialien.
8,0
0,6
K40UF
0,5
10,0
D. USA-Sorten (Kennametal,Carbide USA)
2. Lösungen für übermäßige Schnitttemperatur:
0,5
10,0
D. USA-Sorten (Kennametal,Carbide USA)
2. Lösungen für übermäßige Schnitttemperatur:
Sorte
Korngröße (µm)
Eigenschaften & Anwendungen
K3130,4
6,0
Hohe Härte, geringer Co-Gehalt, geeignet für die Bearbeitung von harten Materialien.
Sumitomos übliche Feinstkornsorte, geeignet für Präzisionsfräser.
TF20
2. Lösungen für übermäßige Schnitttemperatur:
12,0
Mitsubishi's hochzähe Feinstkornsorte, verwendet zum Fräsen von schwer zerspanbaren Materialien.
D. USA-Sorten (Kennametal,Carbide USA)
0,5
10,0
Verwendet für Bohrer mit kleinem Durchmesser, Leiterplattenwerkzeuge usw.
D. USA-Sorten (Kennametal,Carbide USA)
2. Lösungen für übermäßige Schnitttemperatur:
Korngröße (µm)
Co-Gehalt (%)
Eigenschaften & Anwendungen
K3130,4
6,0
Hohe Härte, geringer Co-Gehalt, geeignet für die Bearbeitung von harten Materialien.
KD10F
0,6
10,0
Universelle Feinstkornsorte mit hervorragender Verschleißfestigkeit.
GU10F
0,4-0,5
2. Lösungen für übermäßige Schnitttemperatur:
Wird in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Oberflächenqualität erfordern.
1.2. Optimieren Sie die Werkzeuggeometrie, z. B. durch Reduzierung des Spanwinkels und Beibehaltung eines moderaten Freiwinkels, um die Kantenfestigkeit zu erhöhen.
1.3. Führen Sie eine Kantenverrundung durch, um Ausbrüche und die Ausbreitung von Mikrorissen zu verhindern.
2. Lösungen für übermäßige Schnitttemperatur:
2.1 Verwenden Sie Hochleistungs-Hitzebeständige Beschichtungen, wie z. B. AlTiN, SiAlN oder nACo, die Schnitttemperaturen von 800–1000 °C standhalten können.
2.2 Implementieren Sie Hochdruck-Kühlsysteme (HPC) oder Minimalmengenschmierung (MQL), um die Schnittwärme umgehend abzuführen.
2.3 Reduzieren Sie die Schnittgeschwindigkeit (Vc), um die Wärmeentwicklung zu minimieren.
3. Lösungen für starke Verfestigung:
3.1 Erhöhen Sie den Vorschub pro Zahn (fz), um die Verweilzeit des Werkzeugs in der verfestigten Schicht zu reduzieren.
3.2 Entscheiden Sie sich für geringere Zustelltiefen (ap) und mehrere Durchgänge, um die gehärtete Schicht schrittweise zu entfernen.
3.3 Halten Sie das Werkzeug scharf, um zu vermeiden, dass mit einer stumpfen Schneide durch die gehärtete Schicht geschnitten wird.
4. Lösungen für hohe Schnittkräfte und starke Vibrationen:
4.1 Verwenden Sie Werkzeuge mit variabler Helix und variabler Teilung (ungleichmäßige Abstände), um Resonanzen zu reduzieren.
4.2 Minimieren Sie die Werkzeugüberhanglänge (halten Sie das L/D-Verhältnis
Die Löttechnologie und die Auswahl des Lötmaterials bestimmen direkt die Qualitätsstufe des Hartmetallfräsers.
Die Schweißtechnologie von Hartmetall-Rotierfräsern ist einer der Schlüsselfaktoren, die ihre Qualität beeinflussen. Die Wahl der Schweißmaterialien und -verfahren bestimmt direkt die Qualitätsstufe der Hartmetall-Rotierfräser.
Auswahl der Schweißmaterialien: Hartmetall-Rotierfräser verwenden ein Kern-Sandwich-Silberlotmaterial, das an beiden Enden Silber und dazwischen eine Kupferlegierungskernschicht aufweist. Die Schweißtemperatur für dieses Material liegt bei etwa 800 °C, was viel niedriger ist als die für Kupferlotmaterialien erforderliche Schweißtemperatur von 1100 °C. Dies begrenzt die Schädigung der Hartmetalleigenschaften erheblich, reduziert die Schweißspannung, verhindert Mikrorisse im Hartmetall und sorgt für eine bessere Schweißfestigkeit.
Auswahl der Schweißverfahren: Derzeit gibt es auf dem Markt zwei Hauptschweißverfahren: Flachboden-Silberlöten und Loch-Kupferlöten. Das Flachboden-Silberlöten hat eine einfachere Struktur, eine geringere Schweißspannung und eine niedrigere erforderliche Schweißtemperatur, wodurch die Leistung der Legierung und des Stahlgriffs besser erhalten bleibt. Andererseits kann das Loch-Kupferlöten etwas Hartmetallmaterial sparen und ist günstiger, aber die höhere Schweißtemperatur kann die Hartmetalleigenschaften beschädigen.
Schweißausrüstung und -prozess: Der Einsatz von automatischen Schweißmaschinen ist ein entscheidender Bestandteil des Prozesses. Im automatischen Schweißprozess können die Hartmetallspitze und der Stahlgriff automatisch zum Löten ausgerichtet werden, ohne manuelles Eingreifen, wodurch die Stabilität der Schweißqualität und die ausgezeichnete Koaxialität zwischen Stahlgriff und Hartmetallspitze nach dem Schweißen erheblich gewährleistet werden.
Als Unternehmen mit über zehn Jahren Erfahrung in der Forschung und Entwicklung von Hartmetallmaterialien verfügt Chengdu Baboshi Cutting Tools über ein tiefes Verständnis der Hartmetallmaterialeigenschaften. Während des Schweißprozesses von Rotierfräsern verwenden wir vollautomatische Flachboden-Silberlöttechnologie, die die Leistung der Legierung stark schützt und eine ausgezeichnete Koaxialität zwischen dem Stahlgriff und der Hartmetallspitze gewährleistet.