Die Entwicklung von Messern nimmt in der Geschichte des menschlichen Fortschritts eine wichtige Stellung ein. Bereits im 28. bis 20. Jahrhundert v. Chr. tauchten in China Messingkegel und Kupferkegel, Bohrer, Messer und andere Kupfermesser auf. In der späten Zeit der Streitenden Reiche (drittes Jahrhundert v. Chr.) wurden Kupfermesser aufgrund der Beherrschung der Aufkohlungstechnologie hergestellt. Bohrer und Sägen hatten damals einige Ähnlichkeiten mit modernen Flachbohrern und Sägen.
Die rasante Entwicklung der Messer ging mit der Entwicklung von Maschinen wie Dampfmaschinen im späten 18. Jahrhundert einher.
Im Jahr 1783 stellte René von Frankreich erstmals Fräser her. Im Jahr 1923 erfand der deutsche Hersteller Schrötter Hartmetall. Bei der Verwendung von Hartmetall ist die Effizienz mehr als doppelt so hoch wie bei Schnellarbeitsstahl und auch die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit des durch Schneiden bearbeiteten Werkstücks wird deutlich verbessert.
Aufgrund der hohen Preise für Schnellarbeitsstahl und Hartmetall erhielt die deutsche Firma Degusa 1938 ein Patent auf Keramikmesser. Im Jahr 1972 produzierte die General Electric Company in den USA Klingen aus polykristallinem synthetischem Diamant und polykristallinem kubischem Bornitrid. Diese nichtmetallischen Werkzeugmaterialien ermöglichen das Schneiden mit höheren Geschwindigkeiten.
1969 erhielt das schwedische Stahlwerk Sandvik ein Patent für die Herstellung von mit Titankarbid beschichteten Hartmetalleinsätzen durch chemische Gasphasenabscheidung. 1972 entwickelten Bangsha und Lagolan in den Vereinigten Staaten ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren, um eine harte Schicht aus Titankarbid oder Titannitrid auf die Oberfläche von Hartmetall- oder Schnellarbeitsstahlwerkzeugen aufzutragen. Das Oberflächenbeschichtungsverfahren kombiniert die hohe Festigkeit und Zähigkeit des Grundmaterials mit der hohen Härte und Verschleißfestigkeit der Oberflächenschicht, sodass der Verbundwerkstoff eine bessere Schneidleistung aufweist.
Aufgrund der hohen Temperaturen, des hohen Drucks, der hohen Geschwindigkeit und der in korrosiven flüssigen Medien arbeitenden Teile kommen immer mehr schwer zerspanbare Materialien zum Einsatz, der Automatisierungsgrad der spanenden Bearbeitung und die Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit werden immer höher . Bei der Auswahl des Werkzeugwinkels ist der Einfluss verschiedener Faktoren wie Werkstückmaterial, Werkzeugmaterial, Bearbeitungseigenschaften (Schruppen, Schlichten) usw. zu berücksichtigen und muss je nach Situation sinnvoll ausgewählt werden.
Gängige Werkzeugmaterialien: Schnellarbeitsstahl, Hartmetall (einschließlich Cermet), Keramik, CBN (kubisches Bornitrid), PKD (polykristalliner Diamant), da ihre Härte härter als eins ist, sodass im Allgemeinen auch die Schnittgeschwindigkeit eins ist größer als der andere.
Analyse der Werkzeugmaterialleistung
Schnellarbeitsstahl:
Es kann in gewöhnlichen Schnellarbeitsstahl und Hochleistungs-Schnellarbeitsstahl unterteilt werden.
Gewöhnlicher Schnellarbeitsstahl wie W18Cr4V wird häufig bei der Herstellung verschiedener komplexer Messer verwendet. Die Schnittgeschwindigkeit ist im Allgemeinen nicht zu hoch und beträgt beim Schneiden von gewöhnlichen Stahlmaterialien 40–60 m/min.
Hochleistungs-Schnellarbeitsstahl wie W12Cr4V4Mo wird geschmolzen, indem dem gewöhnlichen Schnellarbeitsstahl etwas Kohlenstoff, Vanadium, Kobalt, Aluminium und andere Elemente hinzugefügt werden. Seine Haltbarkeit ist 1,5- bis 3-mal so hoch wie die von gewöhnlichem Schnellarbeitsstahl.
Hartmetall:
Gemäß GB2075-87 (unter Bezugnahme auf den 190-Standard) kann es in drei Kategorien unterteilt werden: P, M und K. Hartmetall vom Typ P wird hauptsächlich für die Bearbeitung von Eisenmetallen mit langen Spänen verwendet, und Blau wird als verwendet eine Markierung; Der M-Typ wird hauptsächlich zur Verarbeitung von Eisenmetallen verwendet. Und Nichteisenmetalle, gelb markiert, auch Allzweck-Hartlegierungen genannt. Typ K wird hauptsächlich für die Verarbeitung von Eisenmetallen, Nichteisenmetallen und nichtmetallischen Materialien mit kurzen Spänen verwendet, rot markiert.
Die arabischen Ziffern hinter P, M und K geben die Leistung und Verarbeitungslast bzw. Verarbeitungsbedingungen an. Je kleiner die Zahl, desto höher die Härte und desto schlechter die Zähigkeit.
Keramik:
Keramische Materialien weisen eine gute Verschleißfestigkeit auf und können Materialien mit hoher Härte verarbeiten, die mit herkömmlichen Werkzeugen nur schwer oder gar nicht zu bearbeiten sind. Darüber hinaus können keramische Schneidwerkzeuge den Stromverbrauch bei der Glühbearbeitung eliminieren und somit auch die Härte des Werkstücks erhöhen und die Lebensdauer der Maschinenausrüstung verlängern.
Die Reibung zwischen der Keramikklinge und dem Metall ist beim Schneiden gering, der Schnitt bleibt nicht leicht an der Klinge haften, es ist nicht einfach, eine Aufbauschneide zu erzeugen, und es kann ein Hochgeschwindigkeitsschneiden durchgeführt werden. Daher ist die Oberflächenrauheit des Werkstücks unter gleichen Bedingungen relativ gering. Die Werkzeughaltbarkeit ist um ein Vielfaches oder sogar Dutzende Male höher als bei herkömmlichen Werkzeugen, was die Anzahl der Werkzeugwechsel während der Bearbeitung reduziert; hohe Temperaturbeständigkeit, gute Rothärte. Es kann kontinuierlich bei 1200 °C schneiden. Daher kann die Schnittgeschwindigkeit von Keramikeinsätzen viel höher sein als die von Hartmetall. Es kann Hochgeschwindigkeitsschneiden durchführen oder „Schleifen durch Drehen und Fräsen ersetzen“. Die Schneideffizienz ist 3–10 Mal höher als bei herkömmlichen Schneidwerkzeugen, wodurch eine Einsparung von Arbeitsstunden, Strom und der Anzahl der Werkzeugmaschinen um 30–70 % oder mehr erreicht wird.
CBN:
Dies ist das Material mit der zweithöchsten Härte, das derzeit bekannt ist. Die Härte von CBN-Verbundblechen beträgt im Allgemeinen HV3000 bis 5000, was eine hohe thermische Stabilität und Hochtemperaturhärte sowie eine hohe Oxidationsbeständigkeit aufweist. Bei eisenbasierten Materialien findet bei 1200–1300 ° C eine Oxidation statt und es findet keine chemische Reaktion statt. Es weist eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf
Polykristalliner Diamant PKD:
Diamantmesser zeichnen sich durch hohe Härte, hohe Druckfestigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit aus und können beim Hochgeschwindigkeitsschneiden eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und Bearbeitungseffizienz erzielen. Da es sich bei der Struktur von PKD um einen feinkörnigen gesinterten Diamantkörper mit unterschiedlichen Ausrichtungen handelt, sind seine Härte und Verschleißfestigkeit trotz der Zugabe eines Bindemittels immer noch geringer als die von einkristallinem Diamant. Die Affinität zwischen Nichteisenmetallen und nichtmetallischen Werkstoffen ist sehr gering, und Späne bleiben nicht leicht an der Werkzeugspitze haften und bilden bei der Bearbeitung eine Aufbauschneide
Die jeweiligen Einsatzgebiete der Materialien:
Schnellarbeitsstahl: Wird hauptsächlich dort verwendet, wo eine hohe Zähigkeit erforderlich ist, z. B. bei Formwerkzeugen und komplexen Formen.
Hartmetall: das breiteste Anwendungsspektrum, grundsätzlich geeignet;
Keramik: Wird hauptsächlich bei der Grobbearbeitung und Hochgeschwindigkeitsbearbeitung harter Drehteile und Gusseisenteile verwendet.
CBN: Wird hauptsächlich beim Drehen harter Teile und bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Gusseisenteilen verwendet (im Allgemeinen ist es hinsichtlich der Verschleißfestigkeit, Schlagzähigkeit und Bruchfestigkeit effizienter als Keramik);
PKD: Wird hauptsächlich zum hocheffizienten Schneiden von Nichteisenmetallen und nichtmetallischen Materialien verwendet.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 02.06.2023
