Geschwindigkeit und Vorschub sind die wichtigsten Größen, die berücksichtigt werden müssen, um beste Schneidergebnisse zu erzielen. Sind Geschwindigkeit und/oder Vorschub nicht richtig gewählt, wirkt sich dies negativ auf die Fertigung und Qualität aus. Selbst das Werkzeug kann dadurch beschädigt werden. Eine zu hohe Geschwindigkeit oder ein zu schwacher Vorschub können die Abnutzung und Abstumpfung der Schneidvorrichtung beschleunigen und die Standzeit verkürzen.

Die Geschwindigkeit wird in Fuß pro Minute gemessen. Häufig wird sie auch als Schnittgeschwindigkeit bezeichnet. Der Vorschub wird normalerweise in Zoll pro Minute (IPM) erfasst. In diesen Wert fließen die Anzahl der Schneidzähne (oder Spannuten), der Vorschub pro Zahn (oder der Schneidkanten) und die Umdrehungen pro Minute ein. Die Tabellen mit den Vorschubempfehlungen basieren auf Bohrern mit zwei Spannuten.

Zur Festlegung der Bearbeitungsbedingungen müssen alle Vorschubraten vom Zahnvorschub berechnet werden. Der größtmögliche Zahnvorschub sorgt normalerweise für eine längere Standzeit. Ein übermäßiger Vorschub kann hingegen zu einer Überlastung des Werkzeugs und zum Brechen oder Splittern der Schneidkanten führen.
 
Nachfolgend finden Sie die gängigsten Formeln zur Berechnung der Bearbeitungsparameter für Schneidwerkzeuge:

HINWEIS: Folgendes gilt für alle Formeln, D = Durchmesser und T = Zähnezahl.

SFM: Schnittgeschwindigkeit/Fuß pro Minute (SFM):  0,262 x U/min x D
U/min: Umdrehungen pro Minute/Drehzahl: (3,82 x SFM) ÷ D oder SFM ÷ (0,262 x D)
Zoll/min: Maschinenvorschub/Zoll pro Minute (IPM): U/min x IPR (oder) T x IPT x U/min
IPT: Vorschub pro Zahn/Zoll pro Zahn (IPT): IPM ÷ (U/min x T)
IPR: Vorschub pro Umdrehung/Zoll pro Umdrehung (IPR): IPT x T (oder) IPM ÷ U/min
Zoll in mm: Zoll x 25,4 oder Zoll ÷ 0,03937
mm in Zoll: mm ÷ 25,4 (oder) mm x 0,03937

Technischer Hinweis Nr. 30 – Formeln für Geschwindigkeit und Vorschub von Schneidwerkzeugen

Zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit der eigenen Werkzeuge führt Kennametal in regelmäßigen Abständen Werkzeugtests durch und vergleicht die eigenen Werkzeuge mit Konkurrenzprodukten.

Es werden verschiedene Faktoren bei den Tests und dem Vergleich mit anderen Produkten für denselben Anwendungsfall berücksichtigt. Jeder Anwendungsaspekt sollte berücksichtigt und für jedes zu testende Werkzeug erfasst werden.

Viele Parameter sind feststehend, wie z. B. die Bohrungstiefe, die Gewindegröße, der Durchmesser, die Maschinenkosten pro Stunde, der Werkstoff usw.

Jedoch können eine Reihe von Leistungsparametern variieren, dazu zählen:

• Gewählter Vorschub: IPR (Zoll pro Umdrehung), IPM (Zoll pro Minute), CLPT (Zahnvorschub, Schaftfräser) sind möglich; der Gewindevorschub wird von der Gewindesteigung bestimmt
• Gewählte Geschwindigkeiten: Drehzahl (Umdrehung pro Minute); SFM (Schnittgeschwindigkeit in Fuß pro Minute)
• Werkzeuggeometrie/-ausführung: Stirn, Schicht, Steigung, Länge, Fase (Gewinde) usw.
• Schneidstoffe: HSS, Premium-HSS, Pulvermetall, Hartmetall
• wie oft ein Werkzeug nachgeschliffen werden kann, hängt u. a. von der Ausführung ab
• Nachschleizeit hängt u. a. von der Ausführung ab
• empfohlene Beschichtungen können sich stark auf die Schneidergebnisse auswirken
• der Preis pro Werkzeug hat bei den meisten Tests keine Relevanz

Die Bedeutung der Variablen hängt u. U. von der Losgröße ab. Im Rahmen der Werkzeugvergleiche können verschiedene Faktoren betrachtet werden, so beispielsweise die Standzeit, die Toleranz, die Ausschussmenge, die Ausschussrate in einer bestimmen Zeit usw. Außerdem können die Art und der Zustand der Maschine die Zahl der verfügbaren Testoptionen erhöhen oder verringern.

Eine weitverbreitete aber falsche Annahme ist es, durch die Gegenüberstellung gleicher Werkzeugtypen-/ausführungen, Beschichtungen oder Betriebsparameter die Kosteneffizienz ermitteln zu können.

Ziel der Tests sollte es sein, alle für die Bearbeitung erforderlichen Elemente zu prüfen und diese bestmöglich zu kombinieren, um eine maximale Bearbeitungsleistung zu erreichen.

Technischer Hinweis Nr. 46 – Test der Werkzeugleistung

Eine Kaltverfestigung des Werkstoffes während der Bearbeitung sollte vermieden werden. Diese Art der Materialhärtung tritt auf, wenn die vom Schneidwerkzeug erzeugte Wärme das Werkstück sehr stark erhitzt und eine plastische Verformung verursacht. Der Härtungsprozess ähnelt dem einer Wärmebehandlung des Werkstückes, nur dass die Temperaturen niedriger sind.

Die Oberfläche eines während der Bearbeitung kaltverfestigten Werkstückes glänzt und wirkt rutschig-glatt. Das in der Bearbeitung befindliche Werkstück kann sogar dieselbe Härtung wie das Schneidwerkzeug erzielen.

So vermeiden Sie eine Kaltverfestigung:

• Stellen Sie sicher, dass die Schneidwerkzeuge stets scharf sind.
• Halten Sie die für den Werkstoff empfohlenen Geschwindigkeits- und Vorschubwerte ein. Wenn diese nicht korrekt sind, kann es zu einer Werkzeugabnutzung anstelle eines ordnungsgemäßen Schneidvorganges kommen, was die Wärmebildung verstärkt.
• Setzen Sie Werkzeuge mit Kühlmittelzuführung ein. Wasserbasierte Kühlmittel sollten einen Kühlmittelanteil von 8 bis 10 % aufweisen.
• Verweilen Sie mit dem Werkzeug nicht an einer Position.
• Beim Bohren sollten Sie möglichst mit einem konstanten Vorschub arbeiten.
• Beim Reversierbohren sollten Sie die Anzahl der Rückführungen auf ein Minimum reduzieren und jedesmal Ausspanen, wenn sich der Bohrer während des aktuellen Bohrzyklus um den Wert des Bohrerdurchmessers in den Werkstoff gebohrt hat.
• Sollte es beim Gewindeschneiden zu einem Abbrechen des Gewindebohrers kommen, kann dies eventuell an einer kaltverfestigten Bohrung liegen.
• Nicht rostende Stähle und Hochtemperaturlegierungen neigen zu einer Kaltverfestigung.
• Warten Sie Ihre Werkzeuge ordnungsgemäß, um das Risiko von Kaltverfestigungen zu minimieren.

Technischer Hinweis Nr. 60 - Kaltverfestigung während der Bearbeitung

Die Wahl des richtigen Kühlmittels kann einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Schneidwerkzeugs und somit auf die Betriebskosten haben. Berücksichtigen Sie die folgenden Richtlinien in Bezug auf Kühlmittel:

Kühlschmiermittel haben zwei grundlegende Aufgaben beim Bohren, Fräsen und Gewindeschneiden:

1. Reduzierung der Wärme, die beim Schneidvorgang entsteht
2. Schmierung des Werkzeugs

Kühlmittel auf Wasserbasis sorgen dafür, dass der Span beim Abscheren vom Werkstoff gekühlt wird.

Das Kühlmittel sorgt für Schmierung und reduziert die Reibung zwischen Span und Werkzeug. Dadurch werden die Qualität der Werkstückoberfläche verbessert und Späne aus den Spannuten transportiert. Das Kühlmittel kann die Standzeit optimieren, da Wärme und Reibung das Werkzeug stumpf machen.

Es passiert immer wieder, dass Maschinenbenutzer die Kosten zu senken versuchen, indem sie das Kühlmittel-Wasser-Verhältnis stark ändern. Dabei wird stets vergessen, dass ein ungenügender Kühlmittelanteil beim Betrieb die Nutzungsdauer der Maschine signifikant verkürzt.

Bereits eine Reduzierung der empfohlenen Bohrölkonzentration von 8-10 % auf 5 % verkürzt die Standzeit des Maschine. Ein Bohrer, der normalerweise Tausende von Löcher bohrt, ist schon nach mehreren hundert Bohrungen verschlissen, da die Kühlmittelmenge zu niedrig ist. Sobald das empfohlene Kühlmittelniveau wieder hergestellt ist, verlängert sich auch die Nutzungsdauer.

Bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit Hartmetallwerkzeugen muss immer ausreichend Kühlschmiermittel auf Wasserbasis zum Kühlen des Werkzeugs vorhanden sein. Beim Hochgeschwindigkeitsgewindebohren müssen Sie ein schwereres Kühlschmiermittel auf Ölbasis verwenden.

Befolgen Sie stets die Kühlmittelempfehlungen des Werkzeugherstellers.

Technischer Hinweis Nr. 76 - Kühlmittelvorgaben