Bronze und Lagerlegierungen sind kupferbasierte Werkstoffe, die für Anwendungen entwickelt wurden, bei denen Reibung, Verschleiß und Korrosionsbeständigkeit im Vordergrund stehen. Für die Bearbeitung sind drei Eigenschaften besonders entscheidend:
Für die spezifischen Anwendungsfälle Schleifmittel, Lagerflächen, Buchsen und Verschleißteile gelten zusätzliche Anforderungen: Lagerflächen erfordern Oberflächenrauheiten von Rz 0,8–3,2 µm und Formgenauigkeiten von bis zu 0,005 mm, um Reibung und Verschleiß zu minimieren. Buchsen und Verschleißteile müssen zudem eine gleichmäßige Materialstruktur aufweisen, um langfristig stabil zu bleiben.
Die Bearbeitung von Bronze und Lagerlegierungen unterscheidet sich deutlich von der Bearbeitung von Stahl oder Aluminium, was sich in folgenden Mechanismen zeigt:
Die Schnittkräfte sind im Vergleich zu Stahl geringer, aber höher als bei weichem Aluminium. Bei hochfesten Aluminiumbronzen können die Kräfte bis zu 60 % der Kräfte bei gleicher Schnitttiefe von Stahl C45 erreichen. Für kleine bis mittlere Werkstücke (z. B. Buchsen mit Durchmesser bis 100 mm) reicht daher die Spindelleistung von Standardmaschinen wie dem vertikalen Bearbeitungszentrum GA-DV750 (Spindelleistung 8,5/12,75 kW) aus. Für große Lagerteile oder hochfeste Legierungen sind Maschinen mit höherem Spindelmoment erforderlich, wie das GA-MV856 (Spindelmoment bis 95,5 Nm).
Obwohl die Wärmeleitfähigkeit von Bronze hoch ist, wird die Wärme nicht gleichmäßig abgeführt: Ein Teil der Wärme bleibt im Werkzeug, insbesondere bei hohen Schnittgeschwindigkeiten. Dies führt zu einer Erwärmung der Schneidkante, die bei unpassenden Parametern zu Werkzeugverschleiß führen kann. Bei der Bearbeitung von Lagerflächen ist zudem zu beachten, dass lokale Überhitzung die Materialhärte verändern und die Verschleißfestigkeit der fertigen Komponente beeinträchtigen kann.
Bronze und Lagerlegierungen bilden typischerweise kurze bis mittlere Späne, die sich leicht brechen lassen – ein Vorteil für die Prozesssicherheit. Bei weichen Legierungen (z. B. CuSn6) kann es jedoch zu langen, verhakenden Spänen kommen, wenn die Vorschubgeschwindigkeit zu niedrig eingestellt ist. Diese Späne können die Oberfläche beschädigen oder die Schneidkante verstopfen.
Der Hauptverschleiß bei der Bearbeitung von Bronze und Lagerlegierungen ist der Diffusionsverschleiß: Bei hohen Temperaturen reagieren Kupferatome aus dem Werkstoff mit den Werkzeugmaterialien (z. B. Wolframkarbid), was die Schneidkante abnutzt. Zusätzlich tritt bei abrasiven Legierungen (z. B. bleihaltigen Bronzen oder Aluminiumbronzen mit Hartphasen) Abriebverschleiß auf. Für die Bearbeitung von Lagerflächen, die eine hohe Oberflächenqualität erfordern, ist daher die Wahl des richtigen Werkzeugmaterials und der Parameter entscheidend.
Die Parameter hängen stark von der Legierung, dem Werkzeugmaterial und der Maschinenleistung ab. Unten finden Sie praxistaugliche Bereiche und die dazugehörigen Abwägungen:
Die Schnittgeschwindigkeit wird durch den Diffusionsverschleiß begrenzt:
Abwägung: Höhere Geschwindigkeiten reduzieren die Bearbeitungszeit, erhöhen aber den Werkzeugverschleiß und das Risiko von Oberflächenbeschädigungen. Für Lagerflächen, die eine hohe Qualität erfordern, wird die untere Hälfte des Bereichs gewählt, um Überhitzung und Verschleiß zu minimieren.
Der Vorschub bestimmt die Oberflächenrauheit und die Spanbildung:
Abwägung: Ein höherer Vorschub beschleunigt die Bearbeitung, führt aber zu einer raueren Oberfläche. Bei weichen Legierungen muss der Vorschub ausreichend hoch sein, um lange Späne zu vermeiden.
Die Schnitttiefe wird durch die Maschinenleistung und die Werkstückstabilität begrenzt:
Abwägung: Eine größere Schnitttiefe reduziert die Anzahl der Bearbeitungsgänge, erhöht aber die Schnittkräfte und das Risiko von Werkstückverformungen. Für dünnwandige Buchsen wird die Schnitttiefe auf unter 2 mm begrenzt, um Verformungen zu vermeiden.
Für die Bearbeitung von Bronze und Lagerlegierungen sind folgende Eigenschaften wichtig:
Die Wahl der Maschine hängt von der Größe und der Genauigkeitsanforderung des Werkstücks ab:
Bei der Bearbeitung von Bronze und Lagerlegierungen treten typischerweise folgende Fehler auf:
Oberflächenbeschädigungen (Kratzer, Riefen)
Werkzeugverschleiß
Werkstückverformung
Lokale Überhitzung
Bronze und Lagerlegierungen sind nicht für alle Anwendungen geeignet, und die Bearbeitung hat klare Grenzen:
| Kategorie | Details |
|---|---|
| Praktische Parameter | |
| Schnittgeschwindigkeit | Unbeschichtetes Hartmetall: 60–120 m/min; Beschichtetes Hartmetall: 120–200 m/min; Diamant: 200–300 m/min |
| Vorschub | Schrupp: 0,1–0,3 mm/Zahn; Schlicht: 0,05–0,15 mm/Zahn |
| Schnitttiefe | Schrupp: 1–5 mm; Schlicht: 0,1–0,5 mm |
| Werkzeugmaterial | Schrupp: Unbeschichtetes Hartmetall; Schlicht: Beschichtetes Hartmetall (TiCN, TiAlN) oder Diamant |
| Troubleshooting | |
| Oberflächenkratzer | Ursache: Verhakende Späne; Lösung: Vorschub erhöhen, Kühlung verbessern |
| Werkzeugverschleiß | Ursache: Zu hohe Schnittgeschwindigkeit; Lösung: Geschwindigkeit reduzieren, Werkzeugmaterial wechseln |
| Werkstückverformung | Ursache: Zu hohe Schnittkräfte; Lösung: Schnitttiefe reduzieren, Spannung verbessern |
| Lokale Überhitzung | Ursache: Unzureichende Kühlung; Lösung: Kühlmittelmenge erhöhen, Geschwindigkeit reduzieren |
Bevor Sie mit der Bearbeitung beginnen, überprüfen Sie folgende Punkte:
Welche Maschine eignet sich am besten für die Bearbeitung von kleinen Buchsen aus Zinnbronze? Das vertikale Bearbeitungszentrum GA-DV750 ist ideal für kleine Buchsen: Es hat eine Positioniergenauigkeit von 0,003 mm, eine Spindelgeschwindigkeit von bis zu 30.000 U/min und ausreichend Leistung für die Bearbeitung von weichen Zinnbronzen.
Kann ich Bronze und Lagerlegierungen mit einer Bohrmaschine bearbeiten? Ja, aber nur für einfache Anwendungen. Für Lagerflächen oder Verschleißteile, die eine hohe Genauigkeit und Oberflächenqualität erfordern, ist ein Bearbeitungszentrum erforderlich, da es eine bessere Kontrolle über Parameter und Genauigkeit bietet.
Wie reduziere ich den Werkzeugverschleiß bei der Bearbeitung von hochfesten Aluminiumbronzen? Reduzieren Sie die Schnittgeschwindigkeit auf 60–100 m/min, verwenden Sie beschichtete Hartmetallwerkzeuge (TiCN oder TiAlN) und verbessern Sie die Kühlung. Alternativ können Sie Diamantwerkzeuge verwenden, die eine höhere Standzeit haben, aber teurer sind.
Kann ich Bronze und Lagerlegierungen schleifen? Ja, Schleifen ist eine gute Option für die Endbearbeitung von Lagerflächen, um eine hohe Oberflächenqualität und Genauigkeit zu erreichen. Verwenden Sie Schleifscheiben aus Siliziumkarbid oder Diamant, um Abriebverschleiß zu minimieren.
Wie vermeide ich Verformungen bei dünnwandigen Buchsen? Reduzieren Sie die Schnitttiefe auf unter 2 mm, verwenden Sie weiche Spannbacken, um das Werkstück gleichmäßig zu spannen, und führen Sie mehrere Schlichtgänge mit geringer Schnitttiefe durch. Vermeiden Sie zudem zu hohe Vorschubgeschwindigkeiten, die zusätzliche Kräfte erzeugen.
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