Kolkverschleiß: Spanfläche, Schadbild und Verlauf beurteilen

Die Spanfläche ist die Fläche, über die der Span am Werkzeug abläuft. Sie wird dabei mechanisch und thermisch beansprucht. Die Freifläche liegt dagegen auf der Seite zur neu erzeugten Werkstückoberfläche. Diese räumliche Unterscheidung ist wichtig: Eine Verschleißmarke hinter der Schneidkante auf der Spanfläche beschreibt einen anderen Befund als eine Verschleißzone auf der Freifläche.

Kolk bedeutet Materialverlust auf der Spanfläche

Walter nennt in seinem Handbuch zum Stechen Diffusion und Abrasion als Mechanismen des Kolkverschleißes. Seco beschreibt für Hartmetall-Schaftfräser ebenfalls das Zusammenwirken thermischer, chemischer und abrasiver Einflüsse. Welche Anteile bei einem konkreten Werkzeug überwiegen, hängt unter anderem von Werkstückwerkstoff, Schneidstoff und Schnittbedingungen ab. Die sichtbare Mulde ist zunächst das Ergebnis dieser Beanspruchung, kein vollständiger Nachweis eines einzelnen Mechanismus.

Eine Spanformermulde, die bereits am neuen Werkzeug vorhanden ist, darf nicht mit einem erst entstandenen Kolk verwechselt werden. Deshalb ist ein Vergleich mit einer unbenutzten Schneide derselben Geometrie hilfreich. Ebenso können anhaftendes Werkstückmaterial und Veränderungen der Beschichtung die Betrachtung erschweren. Für eine saubere Dokumentation werden Werkzeugbezeichnung, Schneidenposition und Ausgangszustand festgehalten.

Verschleißbilder räumlich unterscheiden

Mehrere dieser Erscheinungen können gleichzeitig auftreten. Ein Kolk kann sich einer Schneidkante nähern, während an einer anderen Stelle bereits ein Ausbruch vorliegt. Es wäre dann unzureichend, nur die größte sichtbare Vertiefung zu beschreiben. Die Beurteilung betrachtet die gesamte relevante Schneide und das Bauteilergebnis. Der Zustand der Wendeschneidplatte muss außerdem zur verwendeten Geometrie und Sorte eingeordnet werden.

Eigene Schnittskizze zur Lage des Kolks

Ein Messverlauf braucht vergleichbare Bedingungen

Für ein frei erfundenes Lehrbeispiel nehmen wir an, dass mit einem geeigneten Profilverfahren eine Kolktiefe gegenüber einer festgelegten Referenz ausgewertet wird. Nach 10 Minuten tatsächlicher Schnittzeit beträgt der angenommene Wert 0,020 mm, nach 20 Minuten 0,035 mm und nach 30 Minuten 0,060 mm. Diese Zahlen sind keine realen Messdaten und keine zulässigen Grenzwerte.

Zwischen den ersten beiden Beobachtungen beträgt die mittlere Zunahme 0,0015 mm/min. Im nächsten Abschnitt sind es 0,0025 mm/min. Über den gesamten beobachteten Zeitraum von 10 bis 30 Minuten ergibt sich (0,060 − 0,020) / 20 = 0,0020 mm/min. Der Gesamtmittelwert verdeckt also, dass die beiden Abschnitte unterschiedlich verlaufen. Daraus lässt sich keine konstante Verschleißgeschwindigkeit für die weitere Nutzung ableiten.

Auch ein errechneter Zeitpunkt bis zu einem selbst gewählten Grenzwert wäre hier nicht belastbar. Die weitere Entwicklung könnte sich verändern, und ein anderes Schadensmerkmal könnte früher entscheidend werden. Zudem fehlen eine reale Messunsicherheitsbewertung und ein für die Aufgabe begründetes Wechselkriterium. Das Beispiel soll zeigen, warum mehrere dokumentierte Beobachtungen aussagekräftiger sind als eine einzelne Tiefenangabe.

Schnittzeit und Auftragsdauer nicht verwechseln

Die Uhrzeit seit Beginn eines Auftrags enthält auch Werkzeugwechsel, Leerfahrten, Stillstände und Messungen. Für einen Vergleich von Verschleißverläufen muss klar sein, welche Zeitgröße verwendet wird. Bei einem unterbrochenen Schnitt beschreibt selbst die reine Programmzeit den Kontakt des Werkzeugs nur näherungsweise. Eine ausgewiesene Schnittzeit benötigt deshalb eine nachvollziehbare Ermittlung und dieselbe Definition in allen verglichenen Versuchen.

Neben der Zeit werden Werkstoff und Zustand des Werkstücks, Werkzeuggeometrie und Sorte, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Eingriff und Kühlschmierstoffbedingungen festgehalten. Werkzeugnummer allein genügt nicht, wenn inzwischen eine andere Schneidplatte eingesetzt wurde. Für die Messung gehören Methode, Referenz und betrachteter Bereich ins Messprotokoll. Fotos sollten dieselbe Blickrichtung und einen nachvollziehbaren Maßstab besitzen.

Gegenmaßnahmen aus dem konkreten Prozess ableiten

ISCAR nennt für Kolkverschleiß beim Stechdrehen unter anderem die Überprüfung beziehungsweise Verringerung der Schnittgeschwindigkeit und die Wahl einer geeigneteren Sorte oder Geometrie. Seco betont für Schaftfräser die Abstimmung von Werkzeug, Werkstoff, Vorschub und Spanflächengeometrie. Solche Hinweise sind Ausgangspunkte für eine Untersuchung. Sie sind keine Zusage, dass dieselbe Einzeländerung bei jeder Bearbeitung das Problem löst.

Insbesondere die Vorschubrichtung einer Änderung lässt sich nicht allein aus dem Wort Kolkverschleiß ableiten. Die verschiedenen Verfahren besitzen unterschiedliche Eingriffsbedingungen. Eine pauschale Reduzierung kann andere Schwierigkeiten erzeugen, während eine Erhöhung die Schneide überlasten kann. Zuerst werden deshalb die empfohlenen Einsatzbereiche des konkreten Werkzeugs und die tatsächlich verwendeten Werte verglichen. Eine erkennbare Fehlanwendung wird vor weiteren Versuchen korrigiert.

Bei einem geplanten Vergleich sollte eine Änderung nachvollziehbar isoliert werden, soweit der sichere Prozess das erlaubt. Werden zugleich Sorte, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Kühlmittel geändert, lässt sich eine Verbesserung kaum einer Ursache zuordnen. Der Beitrag zur Bewertung von Hochleistungs-Kühlschmierstoffen erläutert dieses Prinzip für Vergleichsbedingungen. Entscheidend bleibt das brauchbare Bauteilergebnis bei einem beherrschten Prozess.

Wechselkriterien beziehen sich auf die Aufgabe

Eine allgemeine Kolktiefe, die für jedes Werkzeug und jeden Werkstoff zulässig wäre, gibt es für diese Betrachtung nicht. Ein geeigneter Wechselzeitpunkt kann durch Werkzeugzustand, Maßhaltigkeit, Oberfläche oder Prozessverhalten begrenzt werden. Welche Kriterien gelten und wann kontrolliert wird, gehört in den Prüfplan beziehungsweise die Arbeitsvorgaben. Ein sichtbar beschädigtes Werkzeug wird nicht allein zur Vervollständigung einer Messreihe weiter eingesetzt.

Die Werkzeugkontrolle erfolgt an stillgesetzter und gegen unbeabsichtigte Bewegung gesicherter Maschine. Reinigung und Handhabung dürfen die Schneide nicht zusätzlich beschädigen oder den Befund verfälschen. Dieser Artikel behauptet keine eigenen Verschleißversuche an einer Drehmaschine oder der BF 20. Seine Grafik und Zahlen helfen, Lage, Verlauf und Aussagegrenzen eines Befunds zu verstehen, bevor konkrete Betriebsdaten bewertet werden.