Bei Bearbeitungszentren ist das Schneidwerkzeug ein Verschleißwerkzeug, das während des Bearbeitungsprozesses zu Bruch, Verschleiß und Absplitterungen führt. Diese Phänomene sind unvermeidlich, es gibt aber auch kontrollierbare Gründe wie unwissenschaftlichen und nicht standardisierten Betrieb und unsachgemäße Wartung. Nur wenn wir die Grundursache finden, können wir das Problem besser lösen.
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Symptome eines Werkzeugbruchs
(1) Die Schneide ist leicht abgeplatzt
Wenn Struktur, Härte und Rand des Werkstückmaterials ungleichmäßig sind, der Spanwinkel zu groß ist, was zu einer geringen Schneidkantenfestigkeit führt, das Prozesssystem nicht steif genug ist, um Vibrationen zu erzeugen, oder intermittierender Schnitt erfolgt und die Schärfqualität schlecht ist, die Schneide neigt zum Absplittern. Das heißt, im Klingenbereich befinden sich winzige Absplitterungen, Späne oder Abblätterungen. In diesem Fall verliert das Werkzeug einen Teil seiner Schneidfähigkeit, kann aber weiterhin arbeiten. Mit fortschreitendem Schnitt kann es passieren, dass sich der beschädigte Teil des Kantenbereichs schnell ausdehnt, was zu größeren Schäden führt.
(2) Die Schneide oder Spitze ist gebrochen
Diese Art von Schäden tritt häufig unter Schnittbedingungen auf, die härter sind als diejenigen, die zu Mikroabplatzungen an der Schneidkante führen, oder es handelt sich um die Weiterentwicklung von Mikroabplatzungen. Größe und Umfang der Absplitterung sind größer als bei Mikroabplatzungen, was dazu führt, dass das Werkzeug seine Schneidfähigkeit vollständig verliert und die Arbeit abgebrochen werden muss. Das Abplatzen der Messerspitze wird oft als Spitzenverlust bezeichnet.
(3) Die Klinge oder das Werkzeug ist kaputt
Wenn die Schnittbedingungen extrem hart 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 sowie Faktoren wie Unachtsamkeit vorhanden sind kann es zu Schäden an der Klinge oder dem Werkzeug kommen. Führt zu Bruch. Nach Auftreten eines solchen Schadens ist das Werkzeug nicht weiter verwendbar und wird verschrottet.
(4) Die Oberfläche der Klinge blättert ab
Für Materialien mit hoher Sprödigkeit, wie z. B. Hartmetall, Keramik, PCBN usw. mit hohem TiC-Gehalt, aufgrund von Defekten oder möglichen Rissen in der Oberflächenstruktur oder Restspannungen in der Oberfläche aufgrund von Schweißen und Schleifen während des Schneidvorgangs Wenn die Werkzeugoberfläche nicht stabil genug ist oder einer wechselnden Kontaktbeanspruchung ausgesetzt ist, kann es leicht zu Oberflächenablösungen kommen. Das Abblättern kann an der Spanfläche und das Messer an der Freiflächenfläche auftreten. Das Peelingmaterial ist flockig und die Peelingfläche ist groß. Beschichtete Werkzeuge lösen sich eher ab. Nachdem die Klinge leicht abgeschält wurde, kann sie noch weiterarbeiten, nach starkem Abziehen verliert sie jedoch ihre Schneidfähigkeit.
(5) Plastische Verformung von Schneidteilen
Aufgrund ihrer geringen Festigkeit und Härte kann es bei Werkzeugstahl und Schnellarbeitsstahl zu plastischen Verformungen an den Schneidteilen kommen. Wenn Hartmetall unter hoher Temperatur und dreidimensionaler Druckspannung arbeitet, kommt es auch zu einem plastischen Fließen an der Oberfläche, was sogar zu einer plastischen Verformung der Schneidkante oder Spitze führen kann, die zum Zusammenbruch führen kann. Ein Kollaps tritt im Allgemeinen dann auf, wenn das Schnittvolumen groß ist und harte Materialien verarbeitet werden. 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, die zu Ermüdung und Rissbildung der Klinge führen. Wenn beispielsweise ein Hartmetallfräser mit hoher Geschwindigkeit fräst, sind die Fräserzähne ständig periodischen Stößen und wechselnden thermischen Belastungen ausgesetzt, was zu kammförmigen Rissen auf der Spanfläche führt. Obwohl bei manchen Werkzeugen keine offensichtlichen wechselnden Belastungen und Belastungen auftreten, kommt es auch zu thermischen Belastungen aufgrund ungleichmäßiger Temperaturen zwischen der Oberfläche und den inneren Schichten. Darüber hinaus kommt es zwangsläufig zu Defekten im Werkzeugmaterial, sodass auch die Klinge Risse bekommen kann. Manchmal kann das Werkzeug noch eine Zeit lang weiterarbeiten, nachdem sich der Riss gebildet hat, und manchmal dehnt sich der Riss schnell aus, was dazu führt, dass die Klinge bricht oder sich die Klingenoberfläche stark ablöst.
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Ursachen für Werkzeugverschleiß
(1) Abrasiver Verschleiß
Oftmals befinden sich im bearbeiteten Material winzige Partikel mit extrem hoher Härte, die Rillen auf der Oberfläche des Werkzeugs hinterlassen können. Das ist abrasiver Verschleiß. Abrasiver Verschleiß tritt auf allen Oberflächen auf und ist an der Spanfläche am offensichtlichsten. Darüber hinaus kann bei verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten abrasiver Verschleiß auftreten. Beim Schneiden mit niedriger Geschwindigkeit ist der aus anderen Gründen verursachte Verschleiß jedoch aufgrund der niedrigen Schnitttemperatur nicht offensichtlich, sodass abrasiver Verschleiß der Hauptgrund ist. Darüber hinaus gilt: Je geringer die Härte des Werkzeugs, desto gravierender sind die Schleifschäden.
(2) Kaltschweißverschleiß
Während des Schneidens entsteht ein hoher Druck und eine starke Reibung zwischen dem Werkstück, dem Schneiden und den vorderen und hinteren Klingenoberflächen, sodass es zu Kaltverschweißungen kommt. Aufgrund der Relativbewegung zwischen den Reibungspaaren führt das Kaltschweißen zu Rissen und wird von einer Seite abgetragen, was zu Kaltschweißverschleiß führt. Bei mittleren Schnittgeschwindigkeiten ist der Kaltschweißverschleiß im Allgemeinen schwerwiegender. Experimenten zufolge sind spröde Metalle widerstandsfähiger gegen Kaltschweißen als Kunststoffmetalle; mehrphasige Metalle sind weniger beständig gegen Kaltschweißen als unidirektionale Metalle; Metallverbindungen neigen weniger zum Kaltverschweißen als Elementarelemente; Elemente der Gruppe B und Eisen im Periodensystem der chemischen Elemente sind weniger anfällig für Kaltverschweißung. Kaltschweißen ist beim langsamen Schneiden von Schnellarbeitsstahl und Hartmetall schwerwiegender.
(3) Diffusionsverschleiß
Während des Schneidvorgangs bei hohen Temperaturen und dem Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug diffundieren die chemischen Elemente auf beiden Seiten im festen Zustand ineinander, verändern die Zusammensetzung und Struktur des Werkzeugs und machen die Oberfläche des Werkzeugs brüchig. und den Verschleiß des Werkzeugs verschlimmern. Das Diffusionsphänomen sorgt immer für eine kontinuierliche Diffusion von Objekten mit hohem Tiefengradienten zu Objekten mit niedrigem Tiefengradienten.
Wenn beispielsweise die Temperatur von Hartmetall 800 Grad beträgt, diffundiert das darin enthaltene Kobalt schnell in die Späne und Werkstücke, und WC zerfällt in Wolfram und Kohlenstoff und diffundiert in den Stahl; wenn PKD-Werkzeuge Stahl- und Eisenmaterialien schneiden und die Schneidtemperatur höher als 800 Grad ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die Kohlenstoffatome im PKD mit großer Diffusionsintensität auf die Werkstückoberfläche übertragen, um eine neue Legierung zu bilden, und die Werkzeugoberfläche wird graphitiert sein. Kobalt und Wolfram diffundieren stärker, während Titan, Tantal und Niob über starke Antidiffusionsfähigkeiten verfügen. Daher weist YT-Hartmetall eine bessere Verschleißfestigkeit auf. Beim Schneiden von Keramik und PCBN spielt der Diffusionsverschleiß keine Rolle, wenn die Temperatur 1000 bis 1300 Grad beträgt. Da Werkstück, Späne und Werkzeug aus dem gleichen Material bestehen, entsteht beim Schneiden im Kontaktbereich ein thermoelektrisches Potenzial. Dieses thermoelektrische Potenzial fördert die Diffusion und beschleunigt den Werkzeugverschleiß. Diese Art des Diffusionsverschleißes unter Einwirkung des thermoelektrischen Potenzials wird als „thermoelektrischer Verschleiß“ bezeichnet.
(4) Oxidativer Verschleiß
Wenn die Temperatur steigt, oxidiert die Werkzeugoberfläche, wodurch weichere Oxide entstehen, die von Spänen abgerieben werden und Verschleiß verursachen, der als oxidativer Verschleiß bezeichnet wird. Beispiel: Bei 700 bis 800 Grad reagiert der Sauerstoff in der Luft mit Kobalt, Karbid, Titankarbid usw. im Hartmetall und bildet ein weiches Oxid. Bei 1000 Grad reagiert PCBN chemisch mit Wasserdampf.
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Abnutzungsmuster der Klingen
(1) Flächenschaden harken
Beim Schneiden von Kunststoffmaterialien mit hoher Geschwindigkeit verschleißen die Teile auf der Spanfläche nahe der Schnittkraft unter der Einwirkung von Spänen halbmondförmig, daher spricht man auch von Kolkverschleiß. Im frühen Verschleißstadium erhöht sich der Spanwinkel des Werkzeugs, was die Schnittbedingungen verbessert und das Aufrollen und Brechen von Spänen begünstigt. Wenn die Kraterbildung jedoch weiter zunimmt, wird die Festigkeit der Schneidkante stark geschwächt, was schließlich zu einem Bruch und einer Beschädigung 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
Unter Werkzeugspitzenverschleiß versteht man den Verschleiß an der Bogenflankenfläche der Werkzeugspitze und der angrenzenden Nebenflankenfläche. Es handelt sich um eine Fortsetzung des Verschleißes an der Freifläche des Werkzeugs. Aufgrund schlechter Wärmeableitungsbedingungen und konzentrierter Spannung ist die Verschleißrate schneller als die der Freiflächenoberfläche. Manchmal bildet sich auf der Sekundärflankenoberfläche eine Reihe kleiner Rillen mit einem Abstand, der dem Vorschubbetrag entspricht, was als Rillenverschleiß bezeichnet wird. Sie werden hauptsächlich durch die gehärtete Schicht und Schnittlinien auf der bearbeiteten Oberfläche verursacht. Nutverschleiß tritt am wahrscheinlichsten beim Schneiden von schwer zerspanbaren Materialien mit einer hohen Neigung zur Kaltverfestigung auf. Der Verschleiß der Werkzeugspitze hat den größten Einfluss auf die Oberflächenrauheit und Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks.
(3) Verschleiß der Flankenoberfläche
Beim Schneiden von Kunststoffmaterialien mit großen Schnittdicken kann es sein, dass die Freifläche des Werkzeugs aufgrund der Aufbauschneide keinen Kontakt mit dem Werkstück hat. Darüber hinaus kommt die Freiflächenoberfläche üblicherweise mit dem Werkstück in Kontakt und bildet eine Verschleißzone auf der Freiflächenoberfläche. Im Allgemeinen ist der Freiflächenverschleiß in der Mitte der Arbeitslänge der Schneidkante relativ gleichmäßig, sodass der Grad des Freiflächenverschleißes anhand der Freiflächenverschleißbandbreite VB dieses Abschnitts der Schneidkante gemessen werden kann.
Da verschiedene Arten von Werkzeugen unter unterschiedlichen Schnittbedingungen fast immer einem Flankenverschleiß unterliegen, insbesondere beim Schneiden spröder Materialien oder beim Schneiden von Kunststoffmaterialien mit geringer Schnittdicke, handelt es sich bei dem Werkzeugverschleiß hauptsächlich um Flankenverschleiß und das Verschleißband. Die Messung der Breite VB ist relativ einfach Daher wird VB normalerweise verwendet, um den Grad des Werkzeugverschleißes anzugeben. Je größer der VB, desto höher ist nicht nur die Schnittkraft und es entstehen Schnittvibrationen, sondern es wirkt sich auch auf den Verschleiß am Werkzeugspitzenbogen aus, was wiederum Auswirkungen auf die Bearbeitungsgenauigkeit und die Qualität der bearbeiteten Oberfläche hat.
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So verhindern Sie Werkzeugbrüche
(1) Wählen Sie entsprechend den Eigenschaften der zu bearbeitenden Materialien und Teile die Materialien und Qualitäten verschiedener Arten von Schneidwerkzeugen rational aus. Voraussetzung für eine gewisse Härte und Verschleißfestigkeit ist, dass der Werkzeugwerkstoff über die erforderliche Zähigkeit verfügt.
(2) Wählen Sie die geometrischen Parameter des Werkzeugs angemessen aus. Durch die Anpassung der vorderen und hinteren Winkel, der Haupt- und Hilfsablenkwinkel, der Kantenneigungswinkel und anderer Winkel wird sichergestellt, dass die Schneidkante und die Werkzeugspitze eine gute Festigkeit aufweisen. Das Schleifen einer negativen Fase an der Schneidkante ist eine wirksame Maßnahme, um einen Werkzeugkollaps zu verhindern.
(3) Stellen Sie die Qualität des Schweißens und Schärfens sicher und vermeiden Sie verschiedene Fehler, die durch schlechtes Schweißen und Schärfen verursacht werden. Die in Schlüsselprozessen verwendeten Werkzeuge sollten zur Verbesserung der Oberflächenqualität geschliffen und auf Risse überprüft werden.
(4) Wählen Sie die Schnittmenge angemessen aus, um übermäßige Schnittkräfte und hohe Schnitttemperaturen zu vermeiden und so Werkzeugschäden vorzubeugen.
(5) Versuchen Sie sicherzustellen, dass das Prozesssystem eine gute Steifigkeit aufweist und Vibrationen reduziert.
(6) Wenden Sie die richtigen Betriebsmethoden an und versuchen Sie zu verhindern, dass das Werkzeug plötzlichen oder geringeren Belastungen ausgesetzt ist.
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Ursachen und Gegenmaßnahmen bei Werkzeugausbrüchen
(1) Falsche Auswahl der Klingensorte und -spezifikationen, z. B. wenn die Dicke der Klinge zu dünn ist oder eine Sorte ausgewählt wird, die zu hart und zu spröde ist, während der Grobbearbeitung.
Gegenmaßnahmen: Erhöhen Sie die Klingenstärke oder installieren Sie die Klinge vertikal und wählen Sie eine Sorte mit höherer Biegefestigkeit und Zähigkeit.
(2) Falsche Auswahl der geometrischen Parameter des Werkzeugs (z. B. zu große Vorder- und Hinterwinkel usw.).
Gegenmaßnahmen: Sie können das Tool unter folgenden Gesichtspunkten neu gestalten.
1) Reduzieren Sie den vorderen und hinteren Winkel entsprechend;
2) Verwenden Sie einen größeren negativen Kantenwinkel;
3) Reduzieren Sie den Hauptablenkwinkel;
4) Verwenden Sie eine größere negative Fase oder einen größeren Kantenbogen.
5) Schleifen Sie die Übergangsschneide und verstärken Sie die Werkzeugspitze.
(3) Der Schweißprozess der Klinge ist falsch, was zu übermäßiger Schweißspannung oder Schweißrissen führt.
Gegenmaßnahmen:
1) Vermeiden Sie die Verwendung einer Klingenschlitzstruktur, die an drei Seiten geschlossen ist;
2) Lot richtig auswählen;
3) Vermeiden Sie die Verwendung einer Acetylen-Sauerstoffflamme zum Erhitzen und Schweißen und halten Sie sie nach dem Schweißen warm, um innere Spannungen zu vermeiden.
4) Verwenden Sie so weit wie möglich mechanische Klemmstrukturen.
(4) Eine unsachgemäße Schärfmethode führt zu Schleifspannungen und Schleifrissen. Nach dem Schärfen des PCBN-Fräsers ist die Vibration der Zähne zu groß, wodurch einzelne Zähne überlastet werden, was ebenfalls zum Messerbruch führt.
Gegenmaßnahmen:
1) Verwenden Sie unterbrochenes Schleifen oder Diamantschleifscheibenschleifen.
2) Wählen Sie eine weichere Schleifscheibe und trimmen Sie sie häufig, um die Schleifscheibe scharf zu halten;
3) Achten Sie auf die Schärfqualität und kontrollieren Sie streng die Vibrationsstärke der Fräserzähne.
(5) Die Auswahl der Schnittmenge ist unangemessen. Ist die Menge zu groß, wird die Werkzeugmaschine langweilig; Beim intermittierenden Schneiden ist die Schnittgeschwindigkeit zu hoch, der Vorschub ist zu groß, der Rohlingsrand ist ungleichmäßig und die Schnitttiefe ist zu gering. Schneiden mit hohem Mangangehalt Bei der Verwendung von Materialien mit hoher Verfestigungsneigung, wie z. B. Stahl, ist die Vorschubmenge zu gering usw.
Gegenmaßnahme: Schnittmenge neu wählen.
(6) Strukturelle Gründe wie die unebene Unterseite der Werkzeugnut des mechanisch geklemmten Werkzeugs oder die zu lange Verlängerung der Klinge.
Gegenmaßnahmen:
1) Schneiden Sie die Unterseite der Werkzeugnut ab;
2) Ordnen Sie die Position der Schneidflüssigkeitsdüse angemessen an;
3) Der gehärtete Werkzeughalter fügt eine Hartmetalldichtung unter der Klinge hinzu.
(7) Übermäßiger Werkzeugverschleiß.
Gegenmaßnahmen: Werkzeug wechseln bzw. Schneide rechtzeitig austauschen.
(8) Ein unzureichender Schneidflüssigkeitsfluss oder eine falsche Füllmethode können zu plötzlicher Hitze und Rissen in der Klinge führen.
Gegenmaßnahmen:
1) Erhöhen Sie den Schneidflüssigkeitsfluss;
2) Ordnen Sie die Position der Schneidflüssigkeitsdüse angemessen an;
3) Verwenden Sie wirksame Kühlmethoden wie Sprühkühlung, um den Kühleffekt zu verbessern.
4) Reduzieren Sie den Aufprall auf die Klinge.
(9) Das Werkzeug ist falsch installiert, z. B.: Das Schneidwerkzeug ist zu hoch oder zu niedrig installiert; Der Schaftfräser verwendet asymmetrisches 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 und verbessern Sie die Steifigkeit der Werkstückspannung.
2) Reduzieren Sie die Überhanglänge des Werkzeugs;
3) Reduzieren Sie den Freiwinkel des Werkzeugs entsprechend;
4) Andere schwingungsdämpfende Maßnahmen ergreifen.
(11) Unvorsichtige Bedienung, z. B.: Wenn das Werkzeug in die Mitte des Werkstücks schneidet, bewegt sich das Werkzeug zu scharf; Das Werkzeug stoppt, bevor es zurückgezogen wird.
Gegenmaßnahmen: Achten Sie auf die Betriebsweise.
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Ursachen, Merkmale und Bekämpfungsmaßnahmen der Aufbauschneide
(1) Ursachen der Bildung
Im Teil nahe der Schneidkante, im Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Span, wird das darunter liegende Metall des Spans aufgrund des großen Abwärtsdrucks in die mikroskopisch unebenen Spitzen und Täler auf der Spanfläche eingebettet und bildet eine echte Metall-auf-Metall-Kontakt ohne Lücken und ohne Verklebungen. Dieser Teil der Kontaktfläche zwischen Messer und Chip wird Bondfläche genannt. In der Bondzone sammelt sich eine dünne Schicht Metallmaterial auf der unteren Schicht des Chips auf der Spanfläche an. Das Metallmaterial dieses Teils des Spans hat eine starke Verformung erfahren und wird bei entsprechenden Schnitttemperaturen gestärkt. Während die Späne weiter herausfließen, verschiebt sich diese Schicht aus stagnierendem Material unter dem anschließenden Schneidvorgang relativ zur oberen Schicht der Späne und löst sich ab, wodurch die Grundlage für die Aufbauschneide entsteht. Anschließend bildet sich darüber eine zweite Schicht angesammelten Schneidmaterials, und diese Schicht kontinuierlicher Ansammlung bildet eine Aufbaukante.
(2) Eigenschaften und Auswirkungen auf die Schneidverarbeitung
1) Die Härte ist 1,5–2,0 mal höher als die des Werkstückmaterials. Es kann die Spanfläche zum Schneiden ersetzen. Es hat die Funktion, die Schneidkante zu schützen und den Verschleiß der Spanfläche zu verringern. Wenn jedoch die Aufbauschneide abfällt, strömen die Rückstände durch den Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstück und verursachen einen Verschleiß der Werkzeugflanke.
2) Nach der Bildung der Aufbauschneide erhöht sich der Arbeitsspanwinkel des Werkzeugs deutlich, 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 und beeinträchtigt die Maßhaltigkeit des Werkstücks;
4) Aufbauschneiden verursachen „Furchen“ auf der Oberfläche des Werkstücks und beeinträchtigen die Oberflächenrauheit des Werkstücks.
5) Die Fragmente der Aufbaukante verkleben oder verankern sich in der Oberfläche des Werkstücks und bilden harte Stellen, die die Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks beeinträchtigen.
Aus der obigen Analyse geht hervor, dass die Aufbauschneide sich nachteilig auf die spanabhebende Bearbeitung, insbesondere die Endbearbeitung, auswirkt.
(3) Kontrollmaßnahmen
Die Bildung einer Aufbauschneide kann vermieden werden, indem das darunter liegende Material des Chips nicht mit der Spanfläche verbunden oder verformt wird. Daher können die folgenden Maßnahmen ergriffen werden.
1) Reduzieren Sie die Rauheit der Spanfläche;
2) Erhöhen Sie den Spanwinkel des Werkzeugs;
3) Schnittstärke reduzieren;
4) Verwenden Sie Schneiden mit niedriger oder hoher Geschwindigkeit, um Schnittgeschwindigkeiten zu vermeiden, die leicht zur Bildung von Aufbauschneiden führen.
5) Richtige Wärmebehandlung des Werkstückmaterials, um seine Härte zu erhöhen und die Plastizität zu verringern;
6) Verwenden Sie Schneidflüssigkeiten mit guten Antihafteigenschaften (z. B. Schneidflüssigkeiten für extreme Drücke, die Schwefel und Chlor enthalten).
