Autor: Jan Fabian Felderhoff

Mangansulfidische Einschlüsse in Stählen können bei der spanenden Bearbeitung den Werkzeugverschleiß reduzieren und begünstigen den Spanbruch. Daher ist Schwefel als Legierungselement in Edelbaustählen für Zerspanprozesse technologisch und wirtschaftlich erforderlich. Ein hoher Schwefelanteil des Stahls wirkt sich jedoch entlang der Prozesskette zur Herstellung von Stahlbauteilen negativ aus und mindert die Gebrauchseigenschaften des Werkstoffs, insbesondere die Dauerfestigkeit. Daher erfordern hochbeanspruchte Bauteile die Verwendung schwefelarmer Edelbaustähle. Diese schwefelarmen Edelbaustähle stellen besondere Herausforderungen für Zerspanprozesse dar. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfluss des Schwefelgehaltes von Stählen auf die Zerspanung ermittelt. Darüber hinaus werden Lösungen für die Prozessgestaltung der Dreh- und Tiefbohrbearbeitung schwefelarmer Stähle erarbeitet. Um dem breiten Eigenschaftsspektrum von Edelbaustählen gerecht zu werden, sind unterschiedlich wärmebehandelte Stähle Gegenstand der Untersuchung. Damit der Einfluss des Schwefelgehaltes von Edelbaustählen auf die spanende Bearbeitung nachvollzogen werden kann, werden die chemische Zusammensetzung sowie die mechanischen Eigenschaften der Versuchswerkstoffe analysiert. Durch die Untersuchung zur Dreh- und Tiefbohrbearbeitung von Stählen mit unterschiedlichen Schwefelgehalten wird der Einfluss des Schwefels hinsichtlich der wichtigsten Kriterien des Prozessverhaltens erarbeitet. Beurteilt werden sowohl werkzeug- als auch werkstückbezogene Kenngrößen. Durch die Variation der Werkzeuggestalt, der Schnittwerte und des KSS-Konzeptes werden Möglichkeiten zur Bearbeitung schwefelarmer ferritisch-perlitischer, angelassen martensitischer und bainitischer Stähle bewertet. Die Ergebnisse belegen den Einfluss des Schwefelgehaltes auf den Werkzeugverschleiß, die mechanische Beanspruchung des Werkzeugs und die Spanform. Bei der Drehbearbeitung sind das Verschleißverhalten und der Spanbruch vergleichbar, wenn eine geeignete Kombination aus Schneidstoff und Spanformergestalt genutzt wird. Für die Drehbearbeitung hochfester bainitischer Stähle sind eine Minderung der Schnittgeschwindigkeit und die Verwendung sehr warmfester Schneidstoffe erforderlich. Bei der Tiefbohrbearbeitung sind mit angepassten Einlippen- und Wendelbohrern vergleichbare Ergebnisse für die Bearbeitung von Stählen mit unterschiedlichen Schwefelgehalten möglich. Für die Verwendung von Einlippenbohrern müssen die Schnittwerte in engen Grenzen eingestellt werden. Ein aktuelles Werkzeugkonzept für das Einlippentiefbohren erlaubt bei der Bearbeitung schwefelarmer Stähle Steigerungen der Vorschubgeschwindigkeit auf ein Niveau, das mit der Verwendung von Wendeltiefbohrwerkzeugen vergleichbar ist. Für die Bearbeitung der hochfesten bainitischen Stähle kann mit diesem Werkzeugkonzept die erhöhte Verschleißbeanspruchung in Relation zum konventionellen Werkzeugkonzept kompensiert werden. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Bearbeitung schwefelarmer Stähle bei einer Anpassung der Werkzeug- und Prozessgestaltung wirtschaftlich möglich ist.