Metallspan

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Stahlspäne aus einer Drehmaschine

Der Metallspan ist ein mechanisch abgetrenntes Teilchen von einem bearbeiteten Werkstück aus Metall.

Spanbildung[Bearbeiten]

Die Spanbildung läuft bei der Zerspanung von Metallen in drei sich wiederholenden Phasen ab. Zunächst findet das Anstauchen statt, wobei der Keil in den Werkstoff dringt und das Material staucht und verfestigt. Wird der Druck aufrechterhalten, steigt die Druck- und Schubspannung im Werkstück bis zur Bruchgrenze und ein Span wird abgeschert. Das Abscheren erfolgt am Ort der maximalen Schubspannung, der sogenannten Scherebene, die mit der Werkstückoberfläche den Scherwinkel bildet. Der Span fließt nun über die Spanfläche des Keils ab und wird, wenn er auf weiteren Widerstand stößt, nochmals gestaucht.

Bei geometrisch unbestimmten Schneiden unterscheidet sich der Vorgang der Spanbildung, da die vielen Schneiden eine unregelmäßige Form aufweisen und die Schnitttiefe der einzelnen Körner sehr gering ist. Des Weiteren gleiten die Körner erst über die Werkstückoberfläche.

Damit die Späne möglichst wenig Platz beanspruchen und leichter abtransportiert werden können, kann mit Spanleitstufen und Spanleitplatten auf die Spanbildung durch Brechen oder Umleiten des Spans Einfluss genommen werden.

Spanarten[Bearbeiten]

Verschiedene Spanformen und ein Block aus gepressten Spänen
Temperaturverteilung an einer Hartmetalldrehmeißelschneide

Unter einer Spanart versteht man eine bestimmte Spangestalt, die sich in Abhängigkeit von der Spanbildung ergibt. Anhand der Spanart kann der Spanvorgang beurteilt werden. Auf die Bildung der Spanart wirken die Schneidengeometrie, das Formänderungsvermögen des Werkstoffs, die Spanungsgrößen, die Schnittgeschwindigkeit sowie der verwendete Kühlschmierstoff ein. Die Unterschiede der drei (je nach Quelle auch vier [1] ) einzelnen Spanarten sind fließend. Mit manchen Werkstoffen können durch Veränderung der Spanbedingungen alle Spanarten erzielt werden.

Reißspan[Bearbeiten]

Wird ein spröder Werkstoff durch ein spanendes Verfahren bearbeitet, entsteht meist der Reißspan (auch Bröckelspan genannt). Kleine Spanwinkel und niedrige Schnittgeschwindigkeiten begünstigen ebenfalls die Bildung von Reißspänen. Durch dem Keil vorausgehende Risse im Werkstück löst sich der Span ohne wesentliche Verformung. Durch das Herausbrechen des Spans ist die Oberfläche des Werkstücks nach reißspanender Bearbeitung rau. Ein Beispiel für ein Material, bei dem Reißspäne entstehen, ist Messing.

Beim Bearbeiten von Holz siehe: Vorspaltung

Scherspan[Bearbeiten]

Der Scherspan entsteht durch eine Verformung in der Scherzone. Das Material des Spans wird dabei über das Umformvermögen beansprucht. Der Span reißt parallel zur Ebene in einzelne Lamellen auseinander. Die hohen Temperaturen sorgen dafür, dass Lamellen miteinander verschweißen.

Fließspan[Bearbeiten]

Der Fließspan entsteht ebenfalls durch eine Verformung in der Scherzone, jedoch fließt der Span kontinuierlich über die Werkzeugschneide ab. Dabei wird das Verformungsvermögen des Materials nicht überschritten. Die Umformung erfolgt somit in allen Schichten gleichmäßig. So entsteht ein zusammenhängender Span. Der Fließspan entsteht bei einer hohen Schnittgeschwindigkeit und hohen Temperaturen sowie einem kontinuierlichen Schneideneingriff, wie es beispielsweise beim Drehen und Bohren häufig der Fall ist.

Ein ordentlicher, langer Spanfluss ist die eleganteste Art der spanenden Metallbearbeitung. Der hauptsächliche Nachteil ist die Gefahr der Knäuelbildung und damit der Beeinträchtigung automatischer Betriebsabläufe. Daher eignen sich fließspanbildende Werkstoffe nur für kleine Fertigungslose beziehungsweise für große Lose, wenn der Fließvorgang des Spanes in regelmäßigen Abständen unterbrochen und somit Bandspäne vermieden werden können. Für die Massenfertigung werden wenn möglich kurzbrechende Automatenstähle bevorzugt, die einen erhöhten Anteil von Schwefel und Phosphor enthalten, welche den Spanbruch begünstigen, sich jedoch nachteilig auf Festigkeit und Duktilität auswirken.

Lamellenspan[Bearbeiten]

Bei Schwankung der Spanungsdicke aufgrund eines ungleichmäßigen Werkstoffgefüges kann es zur Ausbildung eines Lamellenspanes kommen. Die Struktur ist ähnlich dem Scherspan, jedoch entstehen keine Bruchstücke, sondern es findet eine reine Umformung statt.

Lamellenspäne sind Fließspäne mit ausgeprägten Lamellen.

Spanform[Bearbeiten]

Die Spanform beschreibt die Form des Spans nach Verlassen des Werkzeugs. Die Entstehung der Spanform ist im Wesentlichen vom Werkstoff des Werkstücks und den Schnittbedingungen abhängig. Die einzelnen Spanformen werden nach ihrer äußeren Form, nach der Schüttdichte (bei Stahl in t/m³), nach der möglichen Gefährdung des Bedienenden und nach der möglichen Beschädigung von Werkzeug, Werkstück und Maschine eingeteilt.

Als ungünstig gelten vor allem Bandspäne und Wirrspäne, da sie Spanknäuel bilden und damit die Arbeitssicherheit gefährden. Außerdem beschädigen sie die Werkstückoberfläche, behindern den Spänefall und den automatischen Spanabtransport.

Auch Schraubenspäne (auch Wendelspäne genannt) sollten vermieden werden, doch je nach Länge gelten sie noch als befriedigend. Die negativen Auswirkungen auf Werkstück und Spanfall sind nicht so ausgeprägt wie bei Band- und Wirrspänen. Spanbruchstücke (oder Bröckelspäne) sind ebenfalls zu vermeiden, da sie durch Umherspritzen den Bediener gefährden und Führungen verstopfen. An modernen Maschinen mit gekapselten Arbeitsraum und geschützten Führungen stellt dies jedoch kein Problem dar.

Die günstigsten Späne sind Schraubenbruchspäne, Spiralbruchspäne und Spiralspanstücke. Sie gefährden den Bediener wenig, lassen sich leicht abtransportieren und besitzen eine hohe Schüttdichte.

Spanraumzahl[Bearbeiten]

Die Spanraumzahl R gibt das Verhältnis zwischen dem Raumbedarf einer ungeordneten Spanmenge und dem Werkstoffvolumen der gleichen Spanmenge an. Je kleiner die Zahl, desto weniger Platz wird für die Späne benötigt und desto leichter können diese gehandhabt werden. In der Tabelle[2] sind die wichtigsten Spanformen und ihre Spanraumzahlen angegeben.

Spanform Spanraumzahl
Bandspäne ≥ 90
Wirrspäne ≥ 90
Flachwendelspäne ≥ 50
lange zyl. Wendelspäne ≥ 50
Wendelspanstücke ≥ 25
Spiralspäne ≥ 8
Spiralspanstücke ≥ 8
Bröckelspäne ≥ 3

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Fritz Klocke et. al .: Fertigungsverfahren I – Drehen, Fräsen, Bohren, Achte Auflage, Kapitel 3.4.2. Verschiedene Arten der Spanbildung.
  2. Stahl-Eisen-Prüfblatt 1178-90