Spanabhebende Verarbeitung

Im Vergleich zu vielen anderen metallischen Konstruktionswerkstoffen sind die Mehrzahl der Kupferwerkstoffe leicht spanbare Werkstoffe. Für die Beurteilung der Spanbarkeit von Werkstoffen zur Fertigung von Form- und Fassondrehteilen aller Art wird oft CuZn39Pb3, das Automatenmessing, als Vergleichsmaßstab herangezogen. Die Kupferwerkstoffe sind für alle Spanungsverfahren geeignet. Die Spanungseigenschaften verschiedener Werkstoffgruppen auf Kupferbasis differieren jedoch deutlich.

Ein Kriterium für den Begriff Spanbarkeit, durch das die Beurteilung der Eignung eines Werkstoffes für die verschiedensten Spanungsverfahren möglich wird, gibt es wegen der komplexen Zusammenhänge nicht. Zur Beurteilung der Spanungseigenschaften von Kupfer und Kupferlegierungen werden die vier Spanbarkeitskriterien Werkzeugverschleiß, Spanbildung, Schnittkräfte und Oberflächengüte verwendet.

Verglichen mit Stählen gleicher Festigkeit sind sowohl die Schnittkräfte als auch die spezifischen Spanungsleistungen der Automatenlegierungen aus Messing, d.h. die Spanvolumina je Zeit- und Leistungseinheit um ein Vielfaches günstiger. Sofern nicht spezifische technische Anforderungen die Verwendung ausschließen, empfiehlt es sich aus reinen Spanungsgründen den Werkstoff CuZn39Pb3 bevorzugt zu wählen.

 

Broschüre: Richtwerte für die spanende Bearbeitung
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Spanabhebende Arbeitsverfahren sind durch Materialabtrag gekennzeichnet. In vielen Fällen erfolgt die eigentliche Formgebung durch spanende Bearbeitung, um beispielsweise Drehteile herzustellen. Sie werden auch eingesetzt, um unerwünschte Unebenheiten an Werkstücken zu beseitigen wie beim Abschleifen oder Abfräsen von Graten, um durch Bohren oder Gewindeschneiden bestimmte Funktionsstellen zu erzeugen oder um durch Sägen oder Stanzen Material zu trennen. Unlegiertes Kupfer hat die erwünschte Eigenschaft einer hohen Zähigkeit und großen Dehnung. Diese Eigenschaft, verbunden mit einer relativ niedrigen Festigkeit, bedingt eine schlechte Zerspanbarkeit, die man in Kauf nehmen muss.

Die Spänebildung ist meistens das wichtigste Kriterium für die Spanbarkeit eines Werkstoffes. Deshalb wird in der Regel aufgrund der Spanbildung eine Rangfolge der Werkstoffe für Spanungsaufgaben aufgestellt. Allgemein lässt sich sagen, dass sich die heterogenen Kupferwerkstoffe besser spanen lassen als die homogenen Werkstoffe. Unter den heterogenen Werkstoffen wiederum haben die Werkstoffe, die als Legierungselement einen Spanbrecher (meistens Blei) enthalten, die besseren Spanungseigenschaften. Aber auch bei den homogenen Werkstoffen verbessern Spanbrecher die Spanungseigenschaften beträchtlich, so z.B. die von Kupfer durch Zusatz von Tellur (CuTeP), Blei (CuPb1P) oder Schwefel (CuSP). Gusslegierungen weisen meistens bessere Spanungseigenschaften auf als Knetlegierungen gleicher Zusammensetzung und harte, verfestigte Werkstoffe spanen besser als Werkstoffe im weichen Zustand. Das gilt insbesondere für homogene Werkstoffe wie z.B. Kupfer, unlegiert, Kupfer-Nickel-, bleifreie Kupfer-Zink-Legierungen mit hohem Kupfergehalt. Homogene Legierungen, besonders im weichen Zustand neigen dazu, lange Wirrspäne zu bilden, die kaum brechen. Lange Späne beeinträchtigen den Arbeitsablauf, können die Werkzeugmaschine blockieren oder zum Bruch empfindlicher Werkzeuge führen.

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