Für das Bearbeitungszentrum ist das Werkzeug ein Verbrauchswerkzeug, das während des Bearbeitungsprozesses beschädigt, abgenutzt, abgebrochen usw. wird. Diese Phänomene sind unvermeidlich, es gibt aber auch kontrollierbare Gründe wie unwissenschaftlichen und unregelmäßigen Betrieb und unsachgemäße Wartung. Nur wenn wir die Grundursache finden, können wir das Problem besser lösen.
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Symptome eines Werkzeugbruchs
1) Absplitterung der Schneidkante
Wenn die Materialstruktur, die Härte und der Rand des Werkstücks ungleichmäßig sind, ist der Spanwinkel zu groß, was zu einer geringen Schneidkantenfestigkeit, einer unzureichenden Steifigkeit des Prozesssystems zur Erzeugung von Vibrationen oder intermittierendem Schneiden und einer schlechten Schleifqualität führt und die Schneidkante anfällig macht Es kann zu Abplatzungen kommen, d. h. es treten kleine Absplitterungen, Kerben oder Abplatzungen im Kantenbereich auf. In diesem Fall verliert das Werkzeug einen Teil seiner Schneidfähigkeit, funktioniert aber weiterhin. Mit fortschreitendem Schnitt kann sich der beschädigte Teil des Kantenbereichs schnell ausdehnen, was zu größeren Schäden führt.
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2) Absplitterung der Schneide oder Spitze
Diese Art von Schaden entsteht häufig unter härteren Schnittbedingungen als das Abplatzen der Schneidkante oder ist die Weiterentwicklung des Abplatzens. Größe und Umfang des Spans sind größer als der Span, so dass das Werkzeug seine Schneidfähigkeit völlig verliert und seine Arbeit einstellen muss. Ein Abplatzen der Spitze wird oft als „Point Drop“ bezeichnet.
3) Die Klinge oder das Messer ist gebrochen
Wenn die Schnittbedingungen extrem rau sind, die Schnittmenge zu groß ist, eine Stoßbelastung vorliegt, Mikrorisse in der Klinge oder im Werkzeugmaterial vorhanden sind, Restspannungen in der Klinge aufgrund von Schweißen und Schärfen vorhanden sind und Faktoren wie unachtsame Bedienung vorliegen kann zu Schäden an der Klinge oder dem Werkzeug führen. abbrechen. Nach Auftreten eines solchen Schadens ist das Werkzeug nicht weiter verwendbar und wird verschrottet.
4) Die Oberflächenschicht der Klinge blättert ab
Für Materialien mit hoher Sprödigkeit, wie Hartlegierungen mit hohem TiC-Gehalt, Keramik, PCBN usw., aufgrund von Defekten oder möglichen Rissen in der Oberflächenstruktur oder Restspannungen auf der Oberfläche durch Schweißen und Schärfen während des Schneidvorgangs lässt sich leicht von der Oberflächenschicht ablösen, wenn diese nicht stabil genug ist oder die Werkzeugoberfläche wechselnden Kontaktbeanspruchungen ausgesetzt ist. Das Abblättern kann an der Spanfläche und das Messer an der Freifläche auftreten. Das Peeling liegt in Form von Flocken vor und die Schälfläche ist relativ groß. Beschichtete Werkzeuge neigen eher zum Abplatzen. Nachdem die Klinge leicht abgeschält wurde, kann sie weiterarbeiten, nach starkem Ablösen verliert sie jedoch ihre Schneidfähigkeit.
5) Plastische Verformung von Schneidteilen
Aufgrund der geringen Festigkeit und Härte von Werkzeugstahl und Schnellarbeitsstahl kann es zu plastischen Verformungen im Schneidteil kommen. Wenn das Hartmetall direkt bei hoher Temperatur und in einem Zustand dreidimensionaler Druckspannung arbeitet, erzeugt es auch einen plastischen Fluss auf der Oberfläche und sogar eine plastische Verformung der Schneidkante oder -spitze, die zum Zusammenbruch führt. Ein Kollaps tritt im Allgemeinen bei großem Zerspanungsaufwand und bei der Bearbeitung harter Materialien auf. Der Elastizitätsmodul von Sinterhartmetall auf TiC-Basis ist kleiner als der von Sinterhartmetall auf WC-Basis, so dass ersteres schneller einer plastischen Verformung widerstehen kann oder schnell versagt. PKD und PCBN unterliegen grundsätzlich keiner plastischen Verformung.
6) Thermische Rissbildung der Klinge
Wenn das Werkzeug wechselnden mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist, erzeugt die Oberfläche des Schneidteils aufgrund wiederholter thermischer Ausdehnung und Kontraktion zwangsläufig wechselnde thermische Spannungen, was zu Ermüdung und Rissbildung der Klinge führt. Wenn beispielsweise der Hartmetallfräser zum Hochgeschwindigkeitsfräsen verwendet wird, sind die Fräserzähne ständig periodischen Stößen und wechselnden thermischen Belastungen ausgesetzt, und es entstehen kammförmige Risse auf der Spanfläche. Obwohl einige Werkzeuge keine offensichtliche Wechselbelastung und Wechselbeanspruchung aufweisen, kommt es aufgrund der unterschiedlichen Temperatur der Oberflächenschicht und der Innenschicht auch zu thermischen Spannungen. Darüber hinaus kommt es zwangsläufig zu Defekten im Werkzeugmaterial, sodass auch die Klinge reißen kann. Manchmal kann das Werkzeug noch eine Zeit lang weiterarbeiten, nachdem sich der Riss gebildet hat, und manchmal dehnt sich der Riss schnell aus und führt dazu, dass die Klinge bricht oder sich die Klingenoberfläche stark ablöst.
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Ursachen für Werkzeugverschleiß
1) Abrasiver Verschleiß
Im verarbeiteten Material befinden sich häufig winzige Partikel mit extrem hoher Härte, die Rillen auf der Oberfläche des Werkzeugs verursachen können, was auf abrasiven Verschleiß zurückzuführen ist. Abrasiver Verschleiß tritt auf allen Oberflächen auf, am offensichtlichsten auf der Spanfläche. Darüber hinaus kann Hanfverschleiß bei verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten auftreten. Beim Schneiden mit niedriger Geschwindigkeit ist jedoch aufgrund der niedrigen Schnitttemperatur der aus anderen Gründen verursachte Verschleiß nicht offensichtlich, sodass abrasiver Verschleiß der Hauptgrund ist. Darüber hinaus ist der Schleifschaden umso schwerwiegender, je geringer die Härte des Werkzeugs ist.
2) Kaltschweißverschleiß
Beim Schneiden entsteht viel Druck und starke Reibung zwischen dem Werkstück, dem Schneiden und den vorderen und hinteren Schneidflächen, so dass es zu Kaltverschweißungen kommt. Aufgrund der Relativbewegung zwischen den Reibungspaaren entstehen beim Kaltschweißen Risse und werden auf einer Seite abgetragen, was zu Kaltschweißverschleiß führt. Der Kaltschweißverschleiß ist bei mäßigen Schnittgeschwindigkeiten im Allgemeinen stark. Experimenten zufolge weisen spröde Metalle eine höhere Beständigkeit gegen Kaltschweißen auf als Kunststoffmetalle; mehrphasige Metalle sind kleiner als unidirektionale Metalle; Metallverbindungen neigen weniger zum Kaltverschweißen als einfache Stoffe; Elemente der B-Gruppe und Eisen im Periodensystem der chemischen Elemente neigen weniger zum Kaltverschweißen. Kaltschweißen ist schwerwiegender, wenn Schnellarbeitsstahl und Hartmetall mit niedriger Geschwindigkeit geschnitten werden.
3) Diffusionsverschleiß
Beim Schneiden bei hoher Temperatur und beim Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug diffundieren die chemischen Elemente auf beiden Seiten im festen Zustand gegenseitig, verändern die Zusammensetzungsstruktur des Werkzeugs, machen die Oberfläche des Werkzeugs brüchig und verstärken den Verschleiß des Werkzeugs Werkzeug. Das Diffusionsphänomen sorgt immer für eine kontinuierliche Diffusion von Objekten mit hohem Tiefengradienten zu Objekten mit niedrigem Tiefengradienten.
Wenn das Hartmetall beispielsweise eine Temperatur von 800 Grad hat, diffundiert das darin enthaltene Kobalt schnell in die Späne und Werkstücke, und WC zerfällt in Wolfram und Kohlenstoff und diffundiert in den Stahl; wenn die Schneidtemperatur von PKD-Werkzeugen beim Schneiden von Stahl- und Eisenmaterialien höher als 800 Grad ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die Kohlenstoffatome im PKD mit großer Diffusionsintensität auf die Oberfläche des Werkstücks übertragen, um eine neue Legierung und die Oberfläche zu bilden des Werkzeugs wird graphitiert. Die Diffusion von Kobalt und Wolfram ist relativ schwerwiegend und die Antidiffusionsfähigkeit von Titan, Tantal und Niob ist relativ stark. Daher weist YT-Hartmetall eine bessere Verschleißfestigkeit auf. Wenn beim Schneiden von Keramik und PCBN die Temperatur bis zu 1000 Grad -1300 Grad beträgt, ist der Diffusionsverschleiß nicht signifikant. Aufgrund der unterschiedlichen Materialien von Werkstück, Span und Werkzeug entsteht beim Schneiden im Kontaktbereich ein thermoelektrisches Potenzial. Dieses thermoelektrische Potenzial kann die Diffusion fördern und den Verschleiß des Werkzeugs beschleunigen. Diese Art des Diffusionsverschleißes unter Einwirkung des thermoelektrischen Potenzials wird als „thermoelektrischer Verschleiß“ bezeichnet.
4) Oxidationsverschleiß
Wenn die Temperatur steigt, oxidiert die Oberfläche des Werkzeugs, wodurch weichere Oxide entstehen, die von den Spänen abgerieben werden, was als oxidativer Verschleiß bezeichnet wird. Beispiel: Bei 700 bis 800 Grad reagiert der Luftsauerstoff mit Kobalt, Karbid, Titankarbid usw. in Hartmetall unter Bildung weicher Oxide. Bei 1000 Grad reagiert PCBN chemisch mit Wasserdampf.
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Abnutzungsmuster der Klingen
1) Harken Sie Gesichtsschaden
Beim Schneiden von Kunststoffmaterialien mit hoher Geschwindigkeit verschleißt der Teil der Spanfläche in der Nähe der Schnittkraft unter der Einwirkung von Spänen in eine sichelförmige, konkave Form, weshalb dies auch als Kraterverschleiß bezeichnet wird. Im frühen Verschleißstadium erhöht sich der Spanwinkel des Werkzeugs, was die Schnittbedingungen verbessert und das Aufrollen und Brechen von Spänen begünstigt. Wenn der Halbmondkrater jedoch weiter zunimmt, wird die Festigkeit der Schneidkante stark geschwächt, was schließlich zum Bruch der Schneidkante führen kann. Fall. Beim Schneiden spröder Materialien oder beim Schneiden von Kunststoffmaterialien mit niedrigeren Schnittgeschwindigkeiten und dünneren Schnittdicken tritt in der Regel kein Kolkverschleiß auf.
2) Verschleiß der Werkzeugspitze
Der Schneidenverschleiß ist der Verschleiß der Flanke des Schneidenbogens und der angrenzenden Nebenflanke, die die Fortsetzung des Verschleißes der oberen Flanke des Werkzeugs darstellt. Aufgrund der schlechten Wärmeableitungsbedingungen und der hier konzentrierten Spannung ist die Verschleißgeschwindigkeit schneller als die der Flanke, und manchmal bildet sich auf der Hilfsflanke eine Reihe kleiner Rillen mit einem Abstand gleich dem Vorschubbetrag, was als Rillenverschleiß bezeichnet wird . Sie sind hauptsächlich auf die gehärtete Schicht und Schnittlinien auf der bearbeiteten Oberfläche zurückzuführen. Beim Schneiden schwer zerspanbarer Werkstoffe mit hoher Neigung zur Kaltverfestigung kommt es am häufigsten zu Nutverschleiß. Der Verschleiß der Werkzeugspitze hat den größten Einfluss auf die Rauheit der Werkstückoberfläche und die Bearbeitungsgenauigkeit.
3) Flankenverschleiß
Beim Schneiden von Kunststoffmaterialien mit großen Schnittdicken kann es sein, dass die Freifläche des Werkzeugs aufgrund der Aufbauschneide keinen Kontakt zum Werkstück hat. Darüber hinaus kommt die Freifläche in der Regel mit dem Werkstück in Kontakt und an der Freifläche bildet sich eine Verschleißzone mit einem Freiwinkel von 0. Im Allgemeinen ist der Freiflächenverschleiß in der Mitte der Arbeitslänge der Schneidkante relativ gleichmäßig, sodass der Grad des Freiflächenverschleißes anhand der Freiflächenverschleißzonenbreite VB der Schneidkante gemessen werden kann.
Da verschiedene Werkzeugtypen unter unterschiedlichen Schnittbedingungen fast immer Flankenverschleiß aufweisen, insbesondere beim Schneiden spröder Materialien oder beim Schneiden von Kunststoffmaterialien mit geringer Schnittdicke, ist der Verschleiß des Werkzeugs hauptsächlich Flankenverschleiß und die Verschleißzone Das Maß der Breite VB ist relativ einfach, daher wird VB normalerweise verwendet, um den Grad des Werkzeugverschleißes anzugeben. Je größer der VB ist, desto höher ist nicht nur die Schnittkraft und es entstehen Schnittvibrationen, sondern es wirkt sich auch auf den Verschleiß am Bogen der Werkzeugspitze aus, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität beeinträchtigt wird.
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So verhindern Sie Messerbrüche
1) Wählen Sie entsprechend den Eigenschaften der verarbeiteten Materialien und Teile die Arten und Qualitäten der Werkzeugmaterialien angemessen aus. Unter der Voraussetzung einer bestimmten Härte und Verschleißfestigkeit muss sichergestellt werden, dass der Werkzeugwerkstoff die erforderliche Zähigkeit aufweist.
2) Wählen Sie die geometrischen Parameter des Werkzeugs angemessen aus. Durch Anpassen des Vorder- und Hinterwinkels, des Haupt- und Hilfsablenkwinkels sowie der Klingenneigungswinkel usw. kann sichergestellt werden, dass die Schneidkante und die Werkzeugspitze eine bessere Festigkeit aufweisen. Das Schleifen einer negativen Fase an der Schneidkante ist eine wirksame Maßnahme zur Vermeidung von Ausbrüchen.
3) Stellen Sie die Qualität des Schweißens und Schärfens sicher und vermeiden Sie verschiedene Fehler, die durch schlechtes Schweißen und Schärfen verursacht werden. Die im Schlüsselprozess verwendeten Messer sollten geschliffen werden, um die Oberflächenqualität zu verbessern und auf Risse zu prüfen.
4) Wählen Sie die Schnittmenge angemessen aus, um übermäßige Schnittkräfte und hohe Schnitttemperaturen zu vermeiden und so Werkzeugschäden vorzubeugen.
5) Stellen Sie so weit wie möglich sicher, dass das Prozesssystem eine bessere Steifigkeit aufweist und Vibrationen reduziert.
6) Wählen Sie die richtige Betriebsmethode und versuchen Sie, das Werkzeug so weit wie möglich zu entlasten oder die plötzliche Laständerung zu ertragen.
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Ursachen und Gegenmaßnahmen für Werkzeugausbrüche
1. Falsche Auswahl der Sorte und Spezifikation der Klinge, z. B. wenn die Dicke der Klinge zu dünn ist oder die Sorte zu hart und zu spröde für die Grobbearbeitung ausgewählt wird.
Gegenmaßnahmen: Erhöhen Sie die Dicke der Klinge oder installieren Sie die Klinge vertikal und wählen Sie eine Sorte mit höherer Biegefestigkeit und Zähigkeit.
2. Falsche Wahl der Werkzeuggeometrieparameter (z. B. zu große Vorder- und Hinterwinkel usw.).
Gegenmaßnahmen:
Sie können mit der Neugestaltung des Tools unter folgenden Gesichtspunkten beginnen.
1) Reduzieren Sie den vorderen und hinteren Winkel entsprechend.
2) Verwenden Sie eine größere negative Kantenneigung.
3) Reduzieren Sie den Eintrittswinkel.
4) Verwenden Sie eine größere negative Fase oder einen größeren Kantenbogen.
5) Schleifen der Übergangsschneide zur Verbesserung der Spitze.
3) Der Schweißprozess der Klinge ist falsch, was zu übermäßiger Schweißspannung oder Schweißrissen führt.
Gegenmaßnahmen:
1) Vermeiden Sie die Verwendung einer dreiseitig geschlossenen Klingenrillenstruktur.
2) Richtige Auswahl des Lotes.
3) Vermeiden Sie das Schweißen mit autogener Flamme und halten Sie sich nach dem Schweißen warm, um innere Spannungen zu vermeiden.
4) Verwenden Sie so weit wie möglich eine mechanische Klemmstruktur
4. Eine unsachgemäße Schärfmethode führt zu Schleifspannungen und Schleifrissen. Nach dem Schärfen des PCBN-Fräsers ist die Vibration der Schneidzähne zu groß, wodurch die Belastung einzelner Schneidzähne zu hoch wird und es auch zu Schnitten kommt.
Gegenmaßnahmen:
1) Schleifen mit intermittierender Schleif- oder Diamantschleifscheibe.
2) Wählen Sie eine weichere Schleifscheibe und richten Sie sie regelmäßig ab, um die Schleifscheibe scharf zu halten.
3) Achten Sie auf die Schärfqualität und kontrollieren Sie streng die Vibration der Fräserzähne.
5. Die Wahl der Schnittmenge ist unangemessen. Ist die Menge zu groß, wird die Werkzeugmaschine langweilig; Beim intermittierenden Schneiden ist die Schnittgeschwindigkeit zu hoch, der Vorschub zu groß und bei ungleichmäßiger Rohlingszugabe ist die Schnitttiefe zu gering. Schneiden von Stählen mit hohem Mangangehalt Bei Materialien mit einer großen Neigung zur Kaltverfestigung ist die Vorschubgeschwindigkeit zu gering.
Gegenmaßnahme: Schnittmenge neu wählen.
6. Strukturelle Gründe, z. B. Unebenheiten an der Unterseite der Nut des mechanischen Spannwerkzeugs oder zu langes Herausragen der Klinge.
Gegenmaßnahmen:
1) Schneiden Sie die Unterseite der Lamelle ab.
2) Ordnen Sie die Position der Schneidflüssigkeitsdüse angemessen an.
3) Der gehärtete Schaft sorgt für eine Hartmetalldichtung unter der Klinge.
7. Übermäßiger Werkzeugverschleiß.
Gegenmaßnahmen: Werkzeug wechseln bzw. Schneide rechtzeitig austauschen.
8. Eine unzureichende Durchflussrate der Schneidflüssigkeit oder eine falsche Füllmethode führen zu plötzlicher Hitze und Rissschäden an der Klinge.
Gegenmaßnahmen:
1) Erhöhen Sie die Durchflussrate der Schneidflüssigkeit.
2) Ordnen Sie die Position der Schneidflüssigkeitsdüse angemessen an.
3) Verwenden Sie wirksame Kühlmethoden wie Sprühkühlung, um den Kühleffekt zu verbessern.
4) Verwenden Sie Hochgeschwindigkeitsschneiden, um die Auswirkungen auf die Klinge zu reduzieren.
9. Das Werkzeug ist falsch installiert, z. B.: Das Schneidwerkzeug ist zu hoch oder zu niedrig installiert; Der Schaftfräser übernimmt das asymmetrische Gleichlauffräsen usw.
Gegenmaßnahme: Installieren Sie das Tool neu.
10. Die Steifigkeit des Prozesssystems ist zu gering, was zu übermäßigen Schnittvibrationen führt.
Gegenmaßnahmen:
1) Erhöhen Sie die Hilfsunterstützung des Werkstücks, um die Spannsteifigkeit des Werkstücks zu verbessern.
2) Reduzieren Sie die Überhanglänge des Werkzeugs.
3) Reduzieren Sie den hinteren Winkel des Werkzeugs entsprechend.
4) Ergreifen Sie andere Dämpfungsmaßnahmen.
11. Unbeabsichtigte Betätigung, z. B. wenn das Werkzeug aus der Mitte des Werkstücks einschneidet, ist die Aktion zu heftig; Bevor das Werkzeug zurückgezogen wird, stoppen Sie sofort.
Gegenmaßnahmen: Achten Sie auf die Betriebsweise.
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Ursachen, Merkmale und Bekämpfungsmaßnahmen der Aufbauschneide
1. Ursachen
Im Teil nahe der Schneidkante, im Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Span, wird das darunter liegende Metall des Spans aufgrund der großen Anpresskraft in die mikroskopisch kleinen unebenen Spitzen und Täler auf der Spanfläche eingebettet und bildet so eine echte Metallverbindung -Metallkontakt ohne Lücken und ohne Verklebung. Dieser Teil der Messer-Chip-Kontaktfläche wird Bondfläche genannt. In der Bondzone wird eine dünne Schicht aus Metallmaterial auf der Spanfläche an der Unterseite des Chips abgeschieden. Das Metallmaterial dieses Teils des Spans hat eine starke Verformung erfahren und wird bei einer geeigneten Schnitttemperatur fester. Durch den kontinuierlichen Spänefluss und den Druck des nachfolgenden Schneidstroms rutscht diese Schicht aus Stagnationsmaterial gegenüber der oberen Späneschicht ab und wird zur Grundlage der Aufbauschneide. Anschließend bildet sich darauf eine zweite Schicht stagnierendes Schneidmaterial und diese kontinuierliche Schichtung bildet eine Aufbaukante.
2. Eigenschaften und Einfluss auf den Schneidprozess
1) Die Härte ist 1,5–2,0 mal höher als die des Werkstückmaterials. Es kann die Spanfläche beim Schneiden ersetzen und hat die Wirkung, die Schneidkante zu schützen und den Verschleiß der Spanfläche zu verringern. Wenn jedoch die Aufbauschneide abfällt, fließt der Schmutz durch den Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstück. Verursacht Werkzeugflankenverschleiß.
2) Nach der Bildung der Aufbauschneide erhöht sich der Arbeitsspanwinkel des Werkzeugs erheblich, was sich positiv auf die Reduzierung der Spanverformung und der Schnittkraft auswirkt.
3) Da die Aufbauschneide über die Schneidkante hinausragt, erhöht sich die tatsächliche Schnitttiefe, was sich auf die Maßhaltigkeit des Werkstücks auswirkt.
4) Aufbauschneiden verursachen ein „Furchen“-Phänomen auf der Oberfläche des Werkstücks, das sich auf die Oberflächenrauheit des Werkstücks auswirkt.
5) Fragmente der Aufbaukante verkleben oder verankern sich in der Oberfläche des Werkstücks und verursachen harte Stellen, die die Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks beeinträchtigen.
Aus der obigen Analyse geht hervor, dass die Aufbauschneide nicht gut zum Schneiden geeignet ist, insbesondere zum Schlichten.
3. Kontrollmaßnahmen
Die Entstehung von Aufbauschneiden kann vermieden werden, indem das Grundmaterial des Spans und die Spanfläche nicht verklebt oder verformt und verstärkt werden. Für diesen Tag können folgende Maßnahmen ergriffen werden.
1) Reduzieren Sie die Rauheit der Spanfläche.
2) Erhöhen Sie den Spanwinkel des Werkzeugs.
3) Reduzieren Sie die Schnittstärke.
4) Verwenden Sie Schneiden mit niedriger oder hoher Geschwindigkeit, um eine Schnittgeschwindigkeit zu vermeiden, die leicht zur Bildung von Aufbauschneiden führen kann.
5) Führen Sie eine ordnungsgemäße Wärmebehandlung des Werkstückmaterials durch, um dessen Härte zu erhöhen und die Plastizität zu verringern.
6) Verwenden Sie Schneidflüssigkeit mit guten Antihafteigenschaften (z. B. Schneidflüssigkeit für extremen Druck, die Schwefel und Chlor enthält).
