DE523594C

DE523594C - Process for processing metals or for processing with cutting tools that behave similarly to materials

Info

Publication number: DE523594C
Application number: DES68970D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Carl Salomon
Original assignee: Krupp Stahl AG
Current assignee: Krupp Stahl AG
Priority date: 1925-02-27
Filing date: 1925-02-27
Publication date: 1931-04-27

Description

Bei der Bearbeitung von Metallen oder anderen Werkstoffen, die sich bei der Bearbeitung ähnlich \'erhalten, war praktisch die Schnittgeschwindigkeit der bearbeitenden Werkzeuge (Fräser, Bohrer, Sägen o. dgl.) nach oben hin beschränkt. Es ergibt sich nämlich bei steigender Geschwindigkeit, und zwar je nach der Beschaffenheit des bearbeiteten Werkstoffes und des bearbeitendenWhen machining metals or other materials that are involved in machining similar \ 'received, was practically the cutting speed of the machining Tools (milling cutters, drills, saws, etc.) are limited at the top. It surrenders namely with increasing speed, depending on the nature of the processed Material and the processing

ίο Werkzeuges früher oder später eine Grenze, bei welcher die Spantemperatur bzw. die Temperatur des Werkzeuges an der Schneide so hoch wird, daß sich das Gefüge des Werkstoffes, aus dem das Werkzeug besteht, ändert und das Werkzeug infolgedessen seine Schneidhaltigkeit verliert.ίο tool sooner or later a limit, at which the chip temperature or the temperature of the tool at the cutting edge becomes so high that the structure of the material from which the tool is made changes and the tool loses its edge retention as a result.

λ⁷ersuche haben nun ergeben, daß eine Kurve, die aus den Schnittgeschwindigkeiten als Abszissen und den bei der betreffenden Schnittgeschwindigkeit erhaltenen Temperaturen als Ordinaten aufgezeichnet wird, eine zunächst allmählich ansteigende Form aufweist, dann aber, unter der Voraussetzung, daß dem Werkzeug die Schnittgeschwindigkeit erteilt wird, bei einer bestimmten Grenze wieder umkehrt und abfällt.λ ⁷ requests have now shown that a curve, which is recorded from the cutting speeds as abscissas and the temperatures obtained at the relevant cutting speed as ordinates, initially gradually increases in shape, but then, provided that the cutting speed is given to the tool turns back at a certain limit and falls away.

In der Zeichnung ist die aufgezeichnete Kurve, welche den Temperaturbedarf in Abhängigkeit von der Schnittgeschwindigkeit darstellt, die obenerwähnte Kurve für ein bestimmtes Material.In the drawing is the recorded curve, which depends on the temperature requirement from the cutting speed represents the curve mentioned above for a specific material.

Will man dieses Material nun mit einem Werkzeug aus einem bestimmten Werkstoff (Kohlenstoffstahl, Schnellaufstahl oder Stel-Ht, Akrit und ähnliche) bearbeiten, so schneidet eine Gerade, welche parallel zur Abszissenachse liegt, und zwar in einer Entfernung t, welche der kritischen Temperatur des betreffenden Werkstoffes des Werkzeuges entspricht, die Temperaturkurve in zwei Punkten α und b. Im allgemeinen gilt für Kohlenstoffstahl als kritische Temperatur etwa 350 bis 400⁰ C, für Schnellstahl etwa 550 bis 6oo° C, für Stellit u. dgl. etwa 800 bis 900° C.If you want to machine this material with a tool made of a certain material (carbon steel, high-speed steel or Stel-Ht, Akrit and the like), a straight line intersects which lies parallel to the abscissa axis at a distance t, which is the critical temperature of the The relevant material of the tool corresponds to the temperature curve in two points α and b. In general, about 350 about 800 applies to carbon steel as the critical temperature to 400 ⁰ C, and for high-speed steel about 550 to 6oo ° C, for stellite. Like. To 900 ° C.

Die den Punkten α und b zugehörigen Schnittgeschwindigkeiten sind v_a und v_b. Diese beiden Schnittgeschwindigkeiten stellen nun die kritischen Geschwindigkeiten für das betreffende Werkzeug und das betreffende Werkstück dar, d. h. man darf mit der Geschwindigkeit nicht über die durch den ersten Punkt α festgelegte Schnittgeschwindigkeit und nicht unter die durch den zweiten Punkt b festgelegte Schnittgeschwindigkeit gehen, wenn eine ordnungsmäßige Bearbeitung stattfinden soll.The cutting speeds associated with points α and b are v _a and v _b . These two cutting speeds now represent the critical speeds for the tool in question and the workpiece in question, that is, the speed must not go above the cutting speed specified by the first point α and not below the cutting speed specified by the second point b , if an orderly Processing should take place.

Da bei den meisten im Maschinenbau be-Since most of them work in mechanical engineering

Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:The patent seeker stated as the inventor:

Dr.-Ing. Carl Salomon -j- in Berlin-Halensee. Dr.-Ing. Carl Salomon -j- in Berlin-Halensee.

arbeiteten Werkstoffen und den zur Bearbeitung dieses Werkstoffes zur Verfugung stehenden Werkzeugen der erste kritische Punkt α bei einer Schnittgeschwindigkeit liegt, die bei Schnellstahl Werte von annähernd 20 bis 30 m/Min, oder 0,33 bis 0,5 m/Sek. nicht übersteigen, so ist man praktisch bisher in keinem Fall über diesen Bereich solcher Schnittgeschwindigkeiten hinausgegangen. Bei gewissen Leichtmetallen hat man Versuche gemacht, die Geschwindigkeit zu steigern und ist hierbei bis zu einer Geschwindigkeit von 200 m/Min. oder 3,3 m/Sek. gekommen, und zwar ohne den kritischen Punkt α dabei erreicht zu haben. Bei der Bearbeitung \*on Elektron sollen auch schon Versuche einer Bearbeitung durch Drehen mit einer Schnittgeschwindigkeit bis zu 9,6 m/Sek. angestellt worden sein, ebenfalls ohne den kritischen Punkt α zu erreichen. In the case of materials and the tools available for processing this material, the first critical point α is at a cutting speed which, for high-speed steel, is approximately 20 to 30 m / min, or 0.33 to 0.5 m / sec. do not exceed, so far one has practically never gone beyond this range of such cutting speeds. In the case of certain light metals, attempts have been made to increase the speed and this is up to a speed of 200 m / min. or 3.3 m / sec. came without having reached the critical point α . When machining electron, attempts at machining by turning at a cutting speed of up to 9.6 m / sec. have been employed, also without reaching the critical point α .

Erst die Versuche des Erfinders haben gezeigt, daß die erwähnte Temperaturburve ein Maximum aufweist und dann wieder in einen abfallenden Ast übergeht, unter der Voraussetzung, daß die Schnittgeschwindigkeiten jenseits der kritischen Kurve dem Werkzeuge erteilt werden, so daß sich tatsächlich eine Bearbeitungsmöglichkeit bei ganz erheblich höherer Schnittgeschwindigkeit und normaler Spantemperatur, d.h. unterhalb des Umwandlungspunktes des Werkzeuggefüges erzielen läßt.Only the experiments of the inventor have shown that the aforementioned temperature curve is a Has a maximum and then merges again into a sloping branch, provided that that the cutting speeds beyond the critical curve to the tools are granted, so that there is actually a possibility of processing in the case of quite considerable higher cutting speed and normal chip temperature, i.e. below the transformation point the tool structure can be achieved.

Als Beispiel sei angegeben, daß sich bei der Bearbeitung von Sandaluminium mit einer Zerreißfestigkeit von 14,6 kg/mm², einer Dehnung von 1,7 °/o und einer Brinellhärte von 93 kg/mm² folgende Schnittgeschwindigkeiten und zugehörige Fräs\*orschübe erreichen ließen:As an example it should be given that when machining sand aluminum with a tensile strength of 14.6 kg / mm ² , an elongation of 1.7% and a Brinell hardness of 93 kg / mm ^{2, the} following cutting speeds and associated milling thrusts result let achieve:

i. Schnittgeschwindigkeit ν = 440 m/Min. (7,4 m/Sek.),i. Cutting speed ν = 440 m / min. (7.4 m / sec.),

Fräsvorschub c = 8 000 mm/Min. (0,133 m/Sek.}.Milling feed c = 8,000 mm / min. (0.133 m / sec.}.

2. Schnittgeschwindigkeit V = 2 100m/Min. (35 m/Sek.),2. Cutting speed V = 2 100 m / min. (35 m / sec.),

Fräsvorschub C=U 000 mm/Min. (0,183 m/Sek.).Milling feed rate C = U 000 mm / min. (0.183 m / sec.).

3. Schnittgeschwindigkeitΐ'=ΐ6500m/Min. (275 m/Sek.),3. Cutting speedΐ '= ΐ6500m / min. (275 m / sec.),

Fräsvorschuh c ■==■ 23 750 mm/Min. (0,395 m/Sek.).Milling shoe c ■ == ■ 23 750 mm / min. (0.395 m / sec.).

Beim Fräsen von Kupfer und Kupferlegierungen, Deltametall, Riibelbronze u. a. sind Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe erreichbar: When milling copper and copper alloys, delta metal, riibel bronze and others. are Cutting speeds and feeds achievable:

Schnittgeschwindigkeit ν = 2 840-m/Mm. (47,4 m/Sek.),Cutting speed ν = 2 840-m / mm. (47.4 m / sec.),

Fräsvorschub c == 600 bis 10 400 mm/Min. (0,01 bis 0,173 m/Sek.).Milling feed c == 600 to 10 400 mm / min. (0.01 to 0.173 m / sec.).

Natürlich richtet sich die durchführbare Schnittgeschwindigkeit und der Fräsvorschub nach den jeweiligen Materialien und man wird demnach für jedes Material die Temperaturkurve gemäß der Abbildung ermitteln müssen. Sie" läßt sich jedoch durch Versuche ohne weiteres erlangen, mit Ausnahme der Kurvenspitze im Maximum, die j edoch auch keine praktische Bedeutung hat.Of course, the feasible cutting speed and the milling feed rate are determined according to the respective materials and the temperature curve according to the figure will therefore be determined for each material have to. However, it "can easily be obtained by experiment, with exception the top of the curve at the maximum, which however has no practical significance either.

Infolge des mit der Schnittgeschwindigkeit steigenden Fräsvorschubes ist auch der spezifische Kraftverbrauch für die Zerspanung im wesentlichen der gleiche wie er bei den jetzt vielfach verwendeten Schnittgeschwindigkeiten erfordert wird, so daß man also ohne Mehrverbrauch an spezifischer Kraft die gleiche Zerspanungsarbeit in einer erheblich geringeren Zeit aufbringen kann.As a result of the milling feed rate increasing with the cutting speed, the specific power consumption for machining is also in the essentially the same as he did at the cutting speeds that are now widely used is required, so that without additional consumption of specific power, the can do the same machining work in a considerably shorter time.

Eine Steigerung der Schnittgeschwindigkeit durch Verringerung des Spanquerschnittes ist im unterkritischen Gebiet mit einer wesentlichen Erhöhung des spezifischen Schnittwiderstandes und damit auch des spezifischen Kraftverbrauches verbunden. Im überkritischen Gebiet dagegen liegen die Verhältnisse umgekehrt, mit anderen Worten, zur Vermeidung einer unzulässigen Zerspanungstemperatur muß der Spanquerschnitt nicht verringert, sondern vergrößert werden. Man kann also durch Verwendung starker Spanquerschnitte im überkritischen Gebiet die nach unten zulässige Schnittgeschwindigkeit herabsetzen. Hierdurch ergeben sich im überkritischen Gebiet dieselben Spanquerschnitte wie im unterkritischen Gebiet. Dies hedeutet aber, daß die Erhöhung der Fräsvorschubgeschwindigkeiten genau proportional zur Erhöhung der Schnittgeschwindigkeiten der Fräser u. ä. erfolgen kann. Es ist also wesentlich, daß der spezifische Kraftverbrauch, d. h. der Kraftverbrauch pro Einheit des zerspanten Materials etwa unverändert bleibt, welche Schnittgeschwindigkeit auch gewählt wird. Um praktische Zahlenverhältnisse zu nennen, sei angeführt, daß sich die Bearbeitungszeiten durchschnittlich auf */,.„ bis ¹Z₁₀₀ gegenüber der Verwendung marktgängiger Schleifmaschienen reduzieren lassen, jedoch können auch ohne weiteres Verminderungen der Bearbeitungszeiten bis zu ¹Z₁₀₀₀ erreicht werden.An increase in the cutting speed by reducing the chip cross-section is associated with a substantial increase in the specific cutting resistance and thus also the specific power consumption in the subcritical area. In the supercritical area, on the other hand, the situation is reversed, in other words, in order to avoid an inadmissible cutting temperature, the chip cross-section does not have to be reduced, but increased. It is therefore possible to reduce the cutting speed permitted downwards by using large chip cross-sections in the supercritical area. This results in the same chip cross-sections in the supercritical area as in the subcritical area. However, this means that the increase in the milling feed rate can be carried out in exactly proportion to the increase in the cutting speeds of the milling cutters and the like. It is therefore essential that the specific power consumption, ie the power consumption per unit of the machined material, remains roughly unchanged, whatever cutting speed is selected. In order to give practical numerical relationships, it should be mentioned that the machining ^{times can be reduced on average to * /,. "To 1} Z ₁₀₀ compared to the use of conventional grinding machines, but machining times of up to ¹ Z ₁₀₀₀ can also be achieved without any further reductions.

Wie schon oben erwähnt, ist die Temperaturkurve für die verschiedenen Materialien eine sehr verschiedene, so daß auch der Teil der Kurve, innerhalb dessen eine Bearbeitung nicht möglich ist, für die verschiedenen Materialien verschieden groß ist; bei Gußeisen z. B. liegt der zweite Schnittpunkt b bei der Verwendung von Fräsern aus Schnellauf stahl erst bei einer Schnittgeschwindigkeit von etwa 750 m/Sek. (bei einem dazugehörigen Vorschub von 50 bis 2 000 mm/Min.), bei an-As already mentioned above, the temperature curve for the various materials is very different, so that the part of the curve within which processing is not possible is of different size for the various materials; in cast iron z. B. is the second intersection b when using cutters made of high-speed steel only at a cutting speed of about 750 m / sec. (with an associated feed rate of 50 to 2,000 mm / min.), with other

deren Materialien, ζ. Β. weichem Aluminium, steigt die Kurve so außerordentlich flach an, daß auch der Punkt» erst bei einer nußerordentlich hohen Schnittgeschwindigkeit erreicht wird, so daß er sich mit den dem Erfinder zu Gebote stehenden Mitteln noch nicht genau zahlenmäßig feststellen ließ. Man hat trotzdem auch bei Materialien, bei denen der Punkt σ weit oberhalb der bisher verwendetentheir materials, ζ. Β. soft aluminum, the curve rises so extremely flat, that the point »only reaches it at an extraordinarily high cutting speed so that he is not yet using the means available to the inventor exactly numerical. Nevertheless, you also have with materials where the Point σ far above that previously used

ίο Schnittgeschwindigkeiten liegt, bisher niemals Schnittgeschwindigkeiten \'erwendet, die oberhalb von 12 m/Sek. lagen und auch auf Grund früherer wissenschaftlicher Untersuchungen ist niemals eine höhere Schnittgeschwindigkeit empfohlen worden, weil man sich einen Erfolg davon nicht versprach, insbesondere nicht daran glaubte, daß bei derartigen Geschwindigkeiten ein Werkzeug seine Schneidhaltigkeit bewahren könnte.ίο cutting speeds, never before Cutting speeds used above 12 m / sec. lay and also on Previous scientific research has never been based on a higher cutting speed recommended because it was not expected to be successful, in particular did not believe that a tool could maintain its edge retention at such speeds.

Der Erfinder ist der erste gewesen, welcher das Gebiet der höheren Schnittgeschwindigkeiten untersucht und dabei gefunden hat, daß auch bei erheblich höheren Geschwindigkeiten die Werkzeuge einwandfrei arbeiten und Schnittgeschwindigkeiten zulassen, die erheblich über die Schnittgeschwindigkeiten von 10 bis I2m/Sek. hinausgehen und je nach dem verwendeten Werkstoff auch ein erheblich Vielfaches« von lom betragen können. Wesentlich ist nur nach den Untersuchungen, daß man die kritische Geschwindigkeit zwischen den beiden obenerwähnten Punkten a und b vermeidet und daß man bei einer Bearbeitung mit einer Schnittgeschwindigkeit, die über dem Punkt b hinaus liegt, dem Werkzeug die Schnittgeschwindigkeit gibt, also das Werkzeug umlaufen läßt.The inventor was the first to investigate the field of higher cutting speeds and found that the tools work perfectly even at considerably higher speeds and allow cutting speeds that are considerably higher than the cutting speeds of 10 to 12 m / sec. and, depending on the material used, can also be a considerable multiple «of lom. It is only essential after the investigations that the critical speed between the two above-mentioned points a and b is avoided and that the tool is given the cutting speed, i.e. the tool is allowed to rotate, when machining at a cutting speed that is beyond point b .

Claims

Claim:

\ ^T experience for the processing of metals or for processing by cutting tools similarly behaving materials, characterized in that a cutting speed of over 10 to 12 m / sec. is chosen while avoiding those cutting speeds which are within the critical limits (v _a and v _h ) for the relevant material of the workpiece to be machined and the tool for the purpose of faster machining, and that at cutting speeds beyond the critical limit (v _b ) the Cutting movement is performed by the tool.

1 sheet of drawings