Die Schneidwinkel der Drehstähle. Die Schneidwinkel der Drehstähle. H. F. Donaldson aus Woolwich hatte Mitte Januar dieses Jahres die Ergebnisse seiner Versuche mit Schneidstählen an üblichen Werkstücken der Institution of Mechanical Engineers vorgelegt, welche nach Engineering 1903 I 124 in Folgendem kurz erwähnt werden. Zur Ermittlung der günstigsten Schneidwinkel benutzte Donaldson die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Messvorrichtung, mit welcher die Stärke der Drucke angezeigt werden, die während des Drehens auf die Schneidkanten des Stahles wirken. Die Vorrichtung ist in den oberen Stahlhalter eingebaut und besteht in der Hauptsache aus drei kleinen Presszylindern a, b und c, welche in die Wände eines Ueberwurfkastens d eingeschraubt sind, der selbst mittels vier Schraubenbolzen f am Supportoberteil g festgemacht ist. In diesen Zylindern spielen, mittels Ledermanschetten abgedichtet, Kolben, in welche Stahlschneiden zum Nachstellen eingeschraubt sind, die den Schneidstahl halten. Ausserdem ruht letzterer auf einer festen Schneide h, des Supportoberteiles wie ein Wagebalken auf, und überträgt den tangentialen Schnittdruck auf den Kolben des oberen Zylinders a, welcher die Pressflüssigkeit nach dem Manometer i treibt.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.

In ähnlicher Weise wird der Schnittdruck längs der Spitzenlinie und senkrecht dazu mittels der Manometer j und k angezeigt. Um nun das für eine richtige Schneidwirkung überaus lästige Spielen des Schneidstahles in etwas zu begränzen, sind die obere Stahlschraube l sowie ein Rückschlagstift m und ferner die beiden seitlichen Stellschrauben n vorgesehen. Diese an sich einfache Messvorrichtung besitzt jedoch beträchtliche Mängel, die durch das Wandern, Wenden und Kippen des Werkzeuges über die festen und beweglichen Schneiden hervorgerufen werden, deren Reibungswiderstände die Genauigkeit der Kraftmessung stark beeinträchtigen werden. Um die Zuschärfungswinkel genau messen zu können, ist der Schneidstahl für schrägen Seitenschnitt geformt und wird in der normalen Richtung x (Fig. 4) den Winkel α (Fig. 5) und in der Drehungsebene y, also senkrecht zur Spitzenlinie, den Stirnwinkel β (Fig. 6) erhalten, während die entsprechenden Anstellungswinkel aus der Höhenlage und der wagerechten Stellung des Werkzeuges abgeleitet werden. Von Bedeutung ist noch der Winkel γ (Fig. 4), welchen die Schneidekante mit der Richtung der Spitzenliniein wagerechter Ebene bildet. Hiernach sind die geometrischen Verhältnisse des Werkzeuges bequem und sicher festzulegen. Die Grenzwerte dieser Zuschärfungswinkel sind in Tab. I zusammengestellt, wobei Anstellungswinkel 3 bis 8° bei Berechnung des Schneidwinkels angenommen werden. So wird z.B. der seitliche Schneidwinkel für ein Werkstück aus hartem Stahl H H H, als Summe s = α + δ = 70 + 3 = 73° folgen. Da aber zu einem grösseren Zuschärfungswinkel oft ein kleiner Anstellungswinkel und umgekehrt zugepaart wird, so gibt Tab. I nur ein angenähertes Bild der gebrauchten günstigen Schneidwinkel. Tabelle I. Grenzwerte der günstigen Zuschärfungswinkel bei Anstellungswinkel δ = 3 bis 8°.

Materialdes Werkstückes Seitenwinkelα Stirnwinkelβ Richtungs-winkelγ Stahl, weich HStahl, mittelhart H HStahl, hart H H H 50 – 6060 – 6560 –70 52 – 6054 – 6365 – 78 33 – 43 Rotguss, zähRotguss, mittelRotguss, hart 62 – 7470 – 7560 – 80 62 – 7462 – 7460 – 80 33 – 38

In Tab. II ist die chemische Zusammensetzung des zu Schnittversuchen gebrauchten Werkstückmaterials, nebst Angabe der Zerreissfestigkeit und der verhältnismässigen Dehnung auf 50 mm Länge angegeben. Die eigentlichen Versuchsergebnisse über die günstigsten Schneidwinkel sind in der Tab. III für verschiedene Werkstücke, deren chemische Zusammensetzung in Tab. II angeführt ist, zusammengestellt. Die Bezeichnung z.B. No. III Stahl H H N besagt mittelharten Nickelstahl; No. VII in Oel gehärteter Stahl H O; No. X geschmiedeter Rotguss F H H. Die Schnittiefe h folgt aus den Angaben der Durchmesserdifferenzen vor und nach dem Schnitt, woraus die eigentliche Spannbreite b durch Division mit sin γ, dem Richtungswinkel berechnet werden kann. Ist $$h=\frac{d_1-d_2}{2}$$ so wird $$b=\frac{h}{sin\delta }$$ als Spanbreite folgen, ebenso wird die eigentliche Spandicke t = γ . sin γ sein, sofern λ die lineare Schaltung für eine Umdrehung ist. Hieraus folgt der wirkliche Spanquerschnitt bt: $$bt=\frac{h}{sin\gamma }\cdot \lambda sin\gamma =h\lambda$$ gleich dem volumetrisch aus Schaltung λ und Durchmesser d1 und d2 berechneten Querschnitt hλ. Die Schnittgeschwindigkeit, berechnet auf dem äusseren Durchmesser des Werkstückes, bewegt sich nur in drei Fällen an der früher üblichen Grenze von 50, 60 und 75 mm/sek. und nimmt sonst von 100 mm/sek. bei Gusseisen auf 130, 140 und 160 mm/sek. bei Stahlmaterial zu; bei Schmiedeeisen steigt sie auf 280, und bei Messing und Rotguss auf 600, 700, 800 und 1000 mm/sek.Bei Bearbeitung milder Bronze wird sogar der erstaunliche Höchstwert $$v=\pi d_1\cdot \frac{n}{60}=280\cdot \frac{320}{60}=1488$$ mm/Sek. Schnittgeschwindigkeit erreicht. Diese Werte zeigen auf den ersten Blick, dass bei den Versuchen hauptsächlich Schnelldrehstähle gebraucht wurden. Doch ist in dieser Beziehung in Woolwich nichts Aussergewöhnliches geleistet, wenn man bedenkt, dass in Krupps Gusstahlwerk Stahlmaterial mit 400 und 500, ja ausnahmsweise sogar mit 600 mm/Sek. Schnittgeschwindigkeit auf der Drehbank bearbeitet wird.

Tabelle II. Chemische Zusammensetzung des Werkstückmaterials; Kohlenstoff v. H.; Silicium; Mangan; Nickel; Phosphor; Schwefel; Stahl; Gusstahl; Schmiedeeisen; Gusseisen; Kupfer; Zinn; Zink; Blei; Phosphor Zinn; Aluminium; Eisen; Rotguss, hart; mittel; weich; Gelbg., geschm.;

Tabelle III. Versuchsergebnisse über die günstigsten Schneidwinkel an Drehstählen.; Werkstück Material; Werkstück Duchmesser mm vorher; mm nachher; Umlaufzahl n Min.; Schnittgeschwindigkeit mm/Sk.; Schaltung mm für 1 n; Zeitdauer Sek.; Schaltweg mm; Winkel der Schneidestähle; Seitenschneide α; Anstellung; Schneidstahl; Stirnschneide β; Anstellung; Schneidwinkel; Richtungswinkel; Kühlmittel; Stahl; Gusstahl; Schmiedeeis.; Gusseisen; Rotguss; Soda; Soda u. Seife; trocken Soda.

In Tab. III ist für Stahlmaterial die kleinste Schaltung λ = 0,36 mm, für d = 47 mm, und die grösste λ = 3,15, bei d = 212 mm Durchmesser des Werkstückes angeführt. Das sekundliche Spanvolumen stellt sich in No. II u. VI: vII = 0,5 (47,0 – 43,2) . 162,6 . 0,36 = 108 cmm/Sek. vVI = 0,5 (212,1 – 190,5) . 61 . 3,15 – 2075 cmm/Sek. wobei die seitlichen Schneidwinkel s = 65,5 bezw. 57° angewendet sind. Da nun das Werkstück No. VI mit d = 212 mm Durchmesser, die grösste Abmessung in dieser Versuchsreihe, besitzt, und dieses Stück mit der verhältnismässig kleinen Schnittgeschwindigkeit von v = 61 mm/Sek. bearbeitet wird, Wobei der Schneidstahl ungewöhnlich kleine Winkel erhält, also auf besonders scharfen Schnitt eingerichtet ist, so kann dieser Fall No. VI nicht gut zu Vergleichungen mit den anderen Schneidstählen, namentlich mit No. II, herangezogen werden. Die volumetrische Spanleistung bei No. VII, Stahl H O, und IV Gusstahl stellt sich auf vVIII = 0,5 (171,5 – 158,8) . 50,8 . 1,81 = 584 cbmm/sek. vIV = 0,5 (152,4 – 130,8) . 139,7 . 0,41 = 589 cbmm/Sek. Es ist also bei annähernd gleichen Schneidwinkeln s = 63 und 64°, kleiner und grosser Schnittgeschwindigkeit v = 51 und 140 mm/sek., grober und feiner Schaltung λ = 1,8 und 0,4 mm, und annähernd gleichem Richtungswinkel γ = 40 und 42° die berechnete sekundliche Spanleistung gleich. Zu bedauern ist es, dass in dieser interessanten Versuchsreihe keine Angaben über den Schnittdruck gemacht Worden sind- und dass man sich auf verhältnismässig geringe Spanleistungen beschränkt hat, was wohl mit Rücksicht auf den Bestand der Messvorrichtung erklärlich erscheint. Dafür sind in Tab. IV die Schnittleistungen für Dauerversuche angegeben und diese nach den steigenden Schnittgeschwindigkeiten von v = 70 bis 250 mm/Sek. geordnet. Um eine bessere Vergleichung zu ermöglichen, sind die volumetrischen Leistungen aus Geschwindigkeit, Schaltung und Schnittiefe berechnet, und diese, aus dem Spangewicht (γ = 7,5 kg/cdm) abgeleiteten, in der letzten Kolumne angeführt. Mit zwei Ausnahmen sind die aus der Schaltung ermittelten Spanvolumen durchgehend kleiner als jene aus dem Spange wicht berechneten, sodass eine Aufstellung von Mittelwerten empfehlenswert erscheinen könnte. Ebenso stellen sich diese Werte in Tab. V, welche sich nur auf Einzelfälle bezieht, wobei No. E eine vollständige Uebereinstimmung zwischen den beiden Volumwerten zeigt. Wenn auch giltige Schlüsse aus diesen Versuchsergebnissen zu ziehen noch nicht angängig erscheint, so ist doch die Bekanntgabe solcher Ergebnisse für die fernere Beurteilung der günstigsten Schnittverhältnisse von Wert. Prégel. Tabelle IV. Dauerversuche an Stahlwerkstücke.

Spanelemente Schnitt-dauerStd. Schnitt-leistungkg/Std. Fälle Spanvolumen berechn. Schnitt-ge-schwin-digkeitmm/Sek. Schnitt-tiefemm Schal-tungfür 1 nmm Schaltungcbmm/Sek. Span-gewichtcbmm/Sek. a   68,5 23,6 1,25 39,30   56,1 7 2025 2080 b   86,0   6,35 1,12 27,45     9,76 7 *)   612   362 c 107   5,1 1,12 10,40   18,0 3   612   667 d 142   4,1 2,0   1,62   35,5 1 1164 1320 e 167 15,2 1,9   7,10 104,0 1 *) 4807 3860 f 180   4,1 2,5   3,50   51,76 1 1845 1910 g 190   5,5 2,5   3,95   81,44 1 2622 3020 h 196   8,9 2,5   7,00 127,6 1 4360 4720 i 196   6,9 2,5   9,56   98,7 2 3380 3660 k 200   5,8 2,5   2,85   80,0 1 2900 2970 1 200   6,2 2,5   3,04   89,0 1 3100 3330 m 213 10,4 2,5 13.50 159 1 5538 5890 n 213   9,3 2,5   2,75 146 1 4950 5410 o 222   6,35 2,5   5,50 103 1 3522 3820 p 222   8,4 2,5   4,12 142 1 4662 5260 q 254   6,6 2,5   8,50 122 1 4190 4520

Tabelle V. Schnelldrehstähle.

Spanelemente Schnitt-dauerStd. Schnitt-leistungkg/Std. Fälle Spanvolumen berechn. Schnitt-ge-schwin-digkeitmm/Sek. Schnitt-tiefemm Schal-tungfür 1 nmm Schaltungcbmm/Sek. Span-gewichtcbmm/Sek. A   86   6,35 1,6 12,5   13,0 1   874   481 B   86   6,35 1,12   5,8   10,39 1   612   385 C 213 10,4 1,25 13,5 177,8 1 5626 6590 D 254   6,6 2,54   8,5 137,0 1 4257 5070 E 167 15,24 1,70   7,1 116,3 1 4326 4310 F 190   6,86 2,54   4,8 110,4 1 3282 4090