Schallemission (AE) ist ein faszinierendes Phänomen, das Einzug in die Welt der Zerspanung gehalten hat und wertvolle Einblicke in den Zerspanungsprozess bietet. Als Lieferant von CBN-Werkzeugen (kubisches Bornitrid) habe ich aus erster Hand gesehen, wie das Verständnis der Schallemissionseigenschaften von CBN-Werkzeugen während der Bearbeitung unsere Herangehensweise an die Fertigung revolutionieren kann. In diesem Blog gehe ich näher darauf ein, was diese Eigenschaften sind, warum sie wichtig sind und wie sie Ihren Bearbeitungsvorgängen zugute kommen können.
Was ist akustische Emission?
Bevor wir uns mit den Einzelheiten der Schallemission von CBN-Werkzeugen befassen, wollen wir kurz erläutern, was Schallemission ist. Unter akustischer Emission versteht man die Erzeugung transienter elastischer Wellen, die durch die schnelle Energiefreisetzung innerhalb eines Materials entstehen. Im Rahmen der Bearbeitung entsteht es aufgrund verschiedener Prozesse wie Werkzeug-Werkstück-Wechselwirkung, Spanbildung und Materialverformung. Diese elastischen Wellen können erkannt und analysiert werden, um zu verstehen, was während des Schneidvorgangs vor sich geht.
Akustische Emissionseigenschaften von CBN-Werkzeugen
Frequenzbereich
Eines der wichtigsten akustischen Emissionsmerkmale von CBN-Werkzeugen ist der Frequenzbereich der von ihnen erzeugten Signale. CBN-Werkzeuge erzeugen typischerweise AE-Signale in einem relativ hohen Frequenzbereich. Dies liegt daran, dass CBN ein extrem harter Werkstoff ist und die Schneidwirkung im Vergleich zu anderen Werkzeugmaterialien oft präziser und intensiver ist. Die Hochfrequenzsignale können im Bereich von mehreren hundert Kilohertz bis einigen Megahertz liegen. Wenn beispielsweise ein CBN-Werkzeug für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von gehärtetem Stahl verwendet wird, können die AE-Signale dominante Frequenzen um 500 kHz bis 2 MHz haben. Dieser Hochfrequenzbereich kann detaillierte Informationen über den Zustand der Schneidkante liefern, beispielsweise über den Beginn von Verschleiß oder Ausbrüchen. Wenn es zu einer plötzlichen Änderung der Hochfrequenzkomponenten des AE-Signals kommt, könnte dies darauf hindeuten, dass das Werkzeug in irgendeiner Form beschädigt wird.
Signalintensität
Auch die Intensität der akustischen Emissionssignale von CBN-Werkzeugen ist ein wichtiges Merkmal. Die Signalintensität hängt von der beim Schneidvorgang freigesetzten Energiemenge ab. Wenn ein CBN-Werkzeug in gutem Zustand ist und reibungslos schneidet, ist die AE-Signalintensität relativ stabil. Mit zunehmendem Verschleiß des Werkzeugs kann die Intensität jedoch zunehmen. Dies liegt daran, dass das verschlissene Werkzeug härter arbeiten muss, um das Material abzutragen, wodurch mehr Energie freigesetzt wird. Wenn Sie beispielsweise a verwendenT-Typ-FräserB. aus CBN, und Sie mit der Zeit einen allmählichen Anstieg der AE-Signalintensität bemerken, könnte dies ein Zeichen dafür sein, dass sich das Werkzeug dem Ende seiner Nutzungsdauer nähert. Durch die Überwachung der Signalintensität können Sie Werkzeugwechsel zum richtigen Zeitpunkt planen und so kostspielige Ausfallzeiten aufgrund von Werkzeugausfällen vermeiden.
Signalmuster
Das Muster der akustischen Emissionssignale ist ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt. CBN-Werkzeuge können je nach Bearbeitungsvorgang unterschiedliche Signalmuster erzeugen. Bei Drehvorgängen können die AE-Signale ein periodisches Muster aufweisen, das mit der Drehung des Werkstücks zusammenhängt. Beim Fräsen kann das Muster komplexer sein, abhängig von der Anzahl der Schneidkanten, der Vorschubgeschwindigkeit und der Schnitttiefe. Durch die Analyse dieser Muster können Sie Erkenntnisse über die Stabilität des Bearbeitungsprozesses gewinnen. Wenn beispielsweise das Signalmuster unregelmäßig wird, kann dies bedeuten, dass es im System zu Störungen kommt. Rattern ist ein häufiges Problem bei der Bearbeitung, das zu einer schlechten Oberflächengüte und einer verkürzten Werkzeugstandzeit führen kann. Die frühzeitige Erkennung von Rattern mithilfe der AE-Signalmusteranalyse kann Ihnen dabei helfen, Anpassungen an den Bearbeitungsparametern vorzunehmen, z. B. die Vorschubgeschwindigkeit zu reduzieren oder die Spindeldrehzahl zu ändern.
Warum sind diese Eigenschaften wichtig?
Werkzeugzustandsüberwachung
Einer der Hauptgründe, warum das Verständnis der akustischen Emissionseigenschaften von CBN-Werkzeugen wichtig ist, ist die Überwachung des Werkzeugzustands. Durch die kontinuierliche Überwachung der AE-Signale können Sie den Zustand des CBN-Werkzeugs genau bestimmen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da CBN-Werkzeuge häufig teurer sind alsWerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl. Sie sollten ein CBN-Werkzeug nicht zu früh austauschen, da dies die Produktionskosten erhöhen würde. Wenn Sie hingegen zu lange mit dem Austausch eines verschlissenen Werkzeugs warten, kann dies zu schlechter Teilequalität, erhöhten Ausschussraten und Schäden am Werkstück und an der Maschine führen. Mit der AE-basierten Werkzeugzustandsüberwachung können Sie die Werkzeugwechselintervalle optimieren und so sicherstellen, dass Sie Ihre CBN-Werkzeuge optimal nutzen.
Prozessoptimierung
Auch Schallemissionseigenschaften können zur Prozessoptimierung genutzt werden. Durch die Analyse der AE-Signale können Sie die Bearbeitungsparameter feinabstimmen. Wenn Sie beispielsweise feststellen, dass die Intensität des AE-Signals während eines bestimmten Bearbeitungsvorgangs zu hoch ist, können Sie die Schnittgeschwindigkeit, den Vorschub oder die Schnitttiefe anpassen, um den Energieverbrauch zu senken und die Schnitteffizienz zu verbessern. Darüber hinaus kann Ihnen das Verständnis der AE-Eigenschaften bei der Auswahl des richtigen CBN-Werkzeugs für eine bestimmte Anwendung helfen. Unterschiedliche CBN-Werkzeuggeometrien und -Sorten können unterschiedliche AE-Signale erzeugen, und indem Sie das Werkzeug anhand der AE-Analyse an die Bearbeitungsanforderungen anpassen, können Sie bessere Ergebnisse erzielen.
Qualitätskontrolle
Im Hinblick auf die Qualitätskontrolle spielen die akustischen Emissionseigenschaften von CBN-Werkzeugen eine entscheidende Rolle. Die Oberflächenbeschaffenheit des bearbeiteten Teils steht in direktem Zusammenhang mit dem Schneidprozess. Wenn die AE-Signale darauf hinweisen, dass Probleme mit dem Werkzeug oder dem Bearbeitungsprozess vorliegen, wie z. B. Rattern oder übermäßiger Verschleiß, kann dies zu einer schlechten Oberflächengüte führen. Durch die Überwachung der AE-Signale können Sie diese Probleme frühzeitig erkennen und Korrekturmaßnahmen ergreifen, um sicherzustellen, dass die Teile den erforderlichen Qualitätsstandards entsprechen. Beispielsweise kann bei der Herstellung von Präzisionskomponenten für die Luft- und Raumfahrtindustrie, bei der Oberflächengüte und Maßgenauigkeit von entscheidender Bedeutung sind, eine AE-basierte Qualitätskontrolle dazu beitragen, eine qualitativ hochwertige Produktion aufrechtzuerhalten.
So nutzen Sie die Schallemission bei Ihren Bearbeitungsvorgängen
Installation von AE-Sensoren
Um Schallemissionen zur Überwachung von CBN-Werkzeugen nutzen zu können, müssen Sie entsprechende AE-Sensoren installieren. Bei diesen Sensoren handelt es sich meist um piezoelektrische Sensoren, die die elastischen Wellen in elektrische Signale umwandeln können. Um genaue Signale zu erhalten, sollten die Sensoren nahe an der Schneidzone platziert werden. Beispielsweise kann der Sensor bei einer Drehbearbeitung am Werkzeughalter montiert werden, während er bei einer Fräsbearbeitung an der Spindel oder dem Maschinentisch befestigt werden kann.
Datenanalyse
Sobald Sie die AE-Sensoren installiert haben, müssen Sie die Daten analysieren. Es stehen verschiedene Softwarepakete zur Verfügung, die Sie bei der Analyse der AE-Signale unterstützen können. Diese Software kann Aufgaben wie Frequenzanalyse, Signalfilterung und Mustererkennung ausführen. Sie können Schwellenwerte für verschiedene AE-Parameter wie Signalintensität und -frequenz einrichten, um Alarme auszulösen, wenn ein potenzielles Problem vorliegt. Wenn beispielsweise die Intensität des AE-Signals einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, kann ein Alarm an den Bediener gesendet werden, der darauf hinweist, dass das Werkzeug möglicherweise überprüft werden muss.
Abschluss
Als Lieferant von CBN-Werkzeugen weiß ich, wie wichtig es ist, das Beste aus Ihren Bearbeitungsvorgängen herauszuholen. Das Verständnis der akustischen Emissionseigenschaften von CBN-Werkzeugen kann Ihnen einen Wettbewerbsvorteil in der Fertigungsindustrie verschaffen. Durch die Überwachung des Frequenzbereichs, der Signalintensität und des Signalmusters der AE-Signale können Sie eine bessere Überwachung des Werkzeugzustands, Prozessoptimierung und Qualitätskontrolle erreichen.
Wenn Sie daran interessiert sind, mehr darüber zu erfahren, wie CBN-Werkzeuge Ihren Bearbeitungsvorgängen zugute kommen können, oder die Überwachung der Schallemission dieser Werkzeuge besprechen möchten, würde ich mich gerne mit Ihnen unterhalten. Nehmen Sie gerne Kontakt zu uns auf und beginnen Sie ein Gespräch über Ihre spezifischen Bedürfnisse. Gemeinsam finden wir die besten CBN-Werkzeuglösungen für Ihre Fertigungsprozesse.
Referenzen
- Dornfeld, DA, Inasaki, I. & Takeuchi, Y. (Hrsg.). (2008). Handbuch der Bearbeitung mit Schleifscheiben. CRC-Presse.
- Schmitz, TL, & Smith, ST (2009). Rattern in Bearbeitungsprozessen: Ein Rückblick. CIRP Annals – Manufacturing Technology, 58(2), 510–530.
- Tönshoff, HK, Inasaki, I. & Moriwaki, T. (1994). Werkzeugverschleiß und Standzeit. CIRP Annals – Manufacturing Technology, 43(2), 587–610.