Die Werkzeugbeanspruchung beim Räumen

Das Räumen besitzt im Vergleich zu vielen anderen Fertigungsverfahren eine verhältnismäßig junge Geschichte, in Europa begann seine Entwicklung erst um 1920 [1]. Ursprünglich wurden ausgehend von Bohrungen in Werkstücke Innenprofile eingearbeitet, später kam die Außenbearbeitung von Werkstücken hinzu. Besonders wegen seiner Eignung zur wirtschaftlichen Herstellung von Profilen, vor allem aber weil das Verfahren gekennzeichnet ist durch eine sehr große Zerspanleistung, wobei gleichzeitig eine hohe Oberflächengüte und Maßgenauigkeit erreichbar sind, hat das Räumen bis heute weite Verbreitung gefunden. Die ohnehin kurzen Bearbeitungszeiten wurden mit der Einführung des „Schnellräumens“ bei Schnittgeschwindigkeiten um 20… 25 m/min noch weiter verringert [2]. Verbunden mit der Entwicklung von Einrichtungen zum automatischen Werkstückwechsel war damit ein wirtschaftlicherer Einsatz des Verfahrens möglich.

Wegen des sehr großen Versuchsumfangs und der teilweise aufwendigen Auswertung der Meßergebnisse wurde eine Versuchsanlage erstellt, die eine weitgehend automatische Versuchsdurchführung und -auswertung ermöglicht (Bild 6). Neben der rationellen Durchführung der Versuche bietet der automatische Versuchsablauf den Vorteil stets gleichmäßiger Versuchsbedingungen, die durch die Person, die die Versuche durchführt, nicht beeinflußt werden. Die automatische Datenerfassung, die in ähnlicher Form in [30, 52] beschrieben wird, sowie die automatische Verarbeitung der Meßergebnisse ermöglicht die schnelle Erfassung, Speicherung und Verarbeitung sehr großer Datenmengen, wodurch eine gute statistische Absicherung der Meßergebnisse möglich wurde. Darüber hinaus konnte auch die Auswertung der Meßergebnisse unabhängig vom persönlichen Empfinden einer auswertenden Person erfolgen.

Der Räumvorgang zeichnet sich aus durch einen sehr einfachen kinematischen und spanungsgeometrischen Ablauf. Meist erfolgt er bei geradliniger Schnittbewegung im Orthogonalschnitt und bei Spanungsdicken, die sich längs des Schnittwegs nicht ändern. Es ist deshalb durchaus gerechtfertigt, das Räumen als „Modellfall“ der Zerspanung im unterbrochenen Schnitt zu bezeichnen.

Die Temperaturen, die während des Schnittvorgangs im Bereich der Kontaktzone zwischen Werkstück, Span und Werkzeug auftreten, beeinflussen die Verhältnisse beim Zerspanungsvorgang in vielfältiger Weise. Gleichwohl ist die „Zerspantemperatur“ beim Räumen eine schwer erfaßbare Größe, da sie nur während des einige Hundertstel- bis Zehntelsekunden dauernden Schnittvorgangs auftritt und selbst im sehr kleinen Kontaktzonenbereich als Temperaturfeld vorliegt. Von einer „Zerspantemperatur“ als Kenngröße des Zerspanvorgangs kann deshalb nur gesprochen werden im Hinblick auf einen Temperaturmittelwert, der eine Abschätzung und Beurteilung der Vorgänge bei der Zerspanung ermöglicht.

Zur Messung und Beschreibung der Zerspankraft nach Betrag und Richtung wurde sie gemäß DIN 6584 [70] in drei orthogonale Richtungen zerlegt. Da beim Räumen keine Vorschubbewegung erfolgt, ist grundsätzlich nur ein Bezug der Zerspankraft auf die Schnittgeschwindigkeit v_C sinnvoll (Bild 25).

Die große Anzahl von Schneiden und deren häufig komplizierte Geometrie verursachen hohe Kosten bei der Herstellung und beim Nachschliff von Räumwerkzeugen. Bei zusammengesetzten Werkzeugen addieren sich dazu noch Kosten für den Zusammenbau. Von grundlegender Bedeutung für die Fertigungskosten sind deshalb Art und Größe des an den Werkzeugen auftretenden Verschleißes sowie die Geschwindigkeit der Verschleißzunahme.

Das Fertigungsverfahren Räumen wird überwiegend in der Großserienfertigung eingesetzt, da bedingt durch hohe Werkzeugkosten und geringe Flexibilität des Verfahrens hohe Stückzahlen für eine wirtschaftliche Anwendung erforderlich sind. Gerade hier sind aber noch Leistungsreserven vorhanden, die bei entsprechend günstiger Wahl der Verfahrensparameter genutzt werden können.

Das Zerspanverfahren Räumen hat wegen seiner hohen Leistungsfähigkeit große Bedeutung erlangt und wird vor allem in der Großserienfertigung eingesetzt. Daneben ist es bei mittleren Stückzahlen häufig das einzig wirtschaftliche Verfahren zur Herstellung komplizierter Profile.