Zerspanungstechnik

Kreissägeblattgeometrie

Einleitung

Die Zerspanung von Holz und Holzwerkstoffen, besonders die Formgebung durch Zerspanung ist ein zentrales Thema in der Holzbe-und Holzverarbeitung. Der in Bewegung versetzte Schneidkeil in Form des Sägezahnes, des Hobelmessers oder der Fräserschneide durch trennt den Werkstoff, zerteilt ihn durch Spanbildung. Man spricht von Zerspanen mit geometrisch bestimmter Schneide durch rotierende Werkzeuge. Der optimale Schneidvorgang hängt von einem Bündel von Faktoren ab, nicht zuletzt von der Schneidengeometrie, d.h. von der Abstimmung der verschiedenen Winkelgrößen an einer Schneide.

Schneidengeometrie

Ohne auf die übliche Bezeichnung im Werkzeug-Bezugssystem, der Orthogonalebene des Hartmetallzahnes, einzugehen, können die Winkel am Schneid-keil wie folgt beschrieben werden:

α = Freiwinkel, der Winkel zwischen der Schnittebene und dem Schneidenrücken (Freifläche)

β = Keilwinkel, der Winkel zwischen dem Schneidenrücken und der Schneidenbrust

γ = Spanwinkel, der Winkel zwischen der Schneidenbrust und der Senkrechten auf der Schnittebene im Berührungspunkt der Schneidenspitze

δ = Schnittwinkel, der Winkel zwischen der Schneidenbrust und der Schnittebene (Schnittwinkel = Keilwinkel + Freiwinkel)

Darüber hinaus gibt es bei Kreissägeblättern und Fräsern noch zusätzliche Winkelbezeichnungen.

Die Summe der Winkel von α, β + γ ergibt 90°. Wenn einer dieser drei Winkel geändert wird, ändert sich dabei ein anderer. Um für den jeweiligen Werkstoff (z.B. Weichholz, Hartholz, beschichteteSpanplatte, Aluminiumlegierung, usw.) die optimale Schneidengeometrie herauszufinden, müssen oftmals empirische Untersuchungen durchgeführt werden, wobei der Vorschubweg, d.h. die Ge-samtlänge der zerspanten Werkstücke, die geforderte Oberflächengüte des bearbeiteten Materials und der Schneidenverschleiß eine wesentliche Rolle spielen. Zu den Schneidenwinkeln lässt sich allgemein sagen: Mit einem Freiwinkel von 0° ist kein definierter Schnittvorgang möglich, denn bei zu kleinem Freiwinkel reibt der Schneidenrücken am Werkstück im Eingriffsbogen, die Schnittkräfte steigen an. Bei zu großem Spanwinkel wird der Schneidkeil geschwächt, die Gefahr von Schneidenausbrüchen nimmt zu, die Zerspankräfte nehmen jedoch ab. Bei zu kleinem Spanwinkel bekommt die Schneidarbeit eine schabende Tendenz.

Zahnformen

In der Praxis des Sägens haben sich für die jeweiligen Bearbeitungsfälle in Abhängigkeit von der Werkstoffart und den Schnittrichtungen, z.B. Vollholz längs oder quer, bestimmte Zahnformen herausgebildet. Daher werden zahlreiche Hartmetall-Kreissägeblätter mit standardisierten Zahngeometrien angeboten, die insgesamt ein weites Anwendungsfeld abdecken. Für die verschiedenen Schnittrichtungen und Werkstoffe wurden unterschiedliche Zahnformen entwi-ckelt. Denn ob es beim Querschneiden von Vollholz zu mehr oder weniger großen Ausrissen kommt, hängt u.a. von der Zahnform und seinen Winkeln ab. Weitere Zielgrößen sind die Arbeitssicherheit und die leichte Vorschubkraft beim Sägentrennschnitt. Beispielsweise hat die Holz Berufsgenossenschaft auf ihrem Rückschlagversuchsstand ermittelt, dass für die Rückschlaggefahr bei Sägeblättern auch die Schneidenbreite und vor allem die Zähnezahl von wesentlicher Bedeutung sind. Hartmetall (HW)-Kreisssägeblätter für die Zerspanung von Holz und Holzwerk-stoffen, Aluminiumlegierungen und Kunststoffen haben die Sägeblätter ausle-gierten Stählen weitgehend ,d.h. bis auf Sonderanwendungen mit dünnen Schnittbreiten und besonderen Werkstückwerkstoffen am Markt substituiert. Das eingelötete Schneidteil der HW-Sägeblätter kann für die unterschiedlichen Zerspanungsfälle verschieden gestaltet und in seiner Zusammensetzung konfiguriert sein.

Flachzahn (F)

Der Flachzahn stellt die einfachste Zahnform dar. Man kann ihn auch als Grundform des Zahnes bezeichnen. Er lässt sich maschinentechnisch ohne aufwendige Einstellung leicht schärfen. Jeder Zahn, auf dem Kreissägeblatt im Plattensitz aufgelötet, schneidet mit bei den Schneidenecken: Daher hängt die  beidseitige Schnittflächenqualität vorwiegend von der Planlaufgenauigkeit dieser Schneidenecken ab. Die Führung des Sägeblattes wird im Trennschnitt nur wenig unterstützt.

Flachzahn mit Eckenfase (F FA)

Zum Schutz der Schneidenecke wird der Flachzahn mit einer kleinen sogenannten Schutzfase von 0,3 x 45° bis 0,5 x 45° ausgestattet. Diese Zahnform wird als Flach Fase bezeichnet. Im Unterschied zum Trapezzahn ist die Anfasung nur sehr klein gehalten.

Wechselzahn (W)

Wird der Flachzahn wechselseitig mit einem Achswinkel (Neigungswinkel) ausgestattet, bildet sich ein Wechsel-zahn an der umfangsseitigen Schneidkante aus. Verstärkt kann der entstehende Eckwinkel durch einen wechselseitigen Rückenschliff (Freiflächenschliff) werden.

Hohlzahn (H)

Der Hohlzahn erhält seine Bezeichnung von dem konkaven Brustschliff (Span-flächenschliff), der ihm die Eigenschaften eines Flachzahnesverleiht, welcher beidseitig an der Brust mit einem wechselseitigen Achswinkel versehen ist. Dadurch erzeugt jede Zahnflanke einen ziehenden Schnitt an beiden Schnittflächendes Trennschnittes. Durch das Schleifen einer konkaven Spanfläche entsteht auch an der Schneidkante eine leichte konkave Formgebung.

Hohlzahn mit Fase (KTH)

Auch der Hohlzahn, eigentlich ein Flachzahn mit hohlgeschliffener Brust, erhält häufig eine Schutzfase an seiner besonders durch den Hohlschliff ausbruchgefährdeten Schneidenecke. Auch diese Schutzfase wird im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm x 45°ausgeführt. Besonders für kunststoffbeschichtete Plattenwerkstoffe und Kunststoffe wird diese Zahnform eingesetzt. Die Bezeichnung KTH stammt von Kunststoff-Trapez-Hohl-Zahn. Der Begriff Trapez ist auch hier nicht ganz passend, da es sich bei dieser Zahngestaltung auch um einen Flachzahn mit geringer Anfasung handelt. Der Trapezzahn weist jedoch zumeist eine An-fasung auf, die ca. ¼ bis 1/3 der Schnittbreite beträgt. Geometrisch begrifflich strenggenommen ist der Flachzahn mit Anfasung natürlich ein Trapezzahn. Vorteilhaft schneiden wie beim Flachzahn beidseitig die Schneidenecken, also sämtliche Zähne. Damit ist eine hohe Oberflächenqualität verbunden. Durch die Anfasung wird die qualitätsbildende Schneidenecke in Richtung Flankeverla-gert, d.h. beim Schneideneingriff schonend zurückgesetzt. Eine längere Standzeit ist die gewünschte Folge.

Trapezzahn (T)

Für den Trapezzahn ist das bereits beim Flachzahn mit Anfasung ausgeführte gültig. Zusätzlich steht beim Trapezzahn die Führungsfunktion der Fasenfläche im Vordergrund: Das Sägeblatt arbeitet schwingungsärmer. Zumeist wird der Trapezzahn in der Gruppenzahnung als Vorschneidzahn verwendet. Wird die Anfasung des Flachzahnes bis zur Mitte vergrößert, ergibt sich der Dachzahn.

Dachzahn (D)

Dieser wird zumeist mit einem Eckwinkel von 30° ausgeführt. Der Dachzahn ritzt in der Zahnmitte die Beschichtung der Platte an und vollführt anschließend bis zur Schneidenecke einen über die Schneidkante hinwirkenden ziehenden Zahneingriff aus. Daher wird diese Zahnform in der Gruppenzahnung für kunststoffbeschichtete Platten häufig verwendet.

Dachzahn mit Schutzfase (D FA)

Mit einer Schutzfase 0,3 x 45° versehen, erhält die Schneidenecke des Dachzahnes mehr Stabilität: Zahnform DFA. Diese Zahnform wird bei DP-Kreissägeblättern und in Gruppenzahnungen angewendet.
Beim Sägen von beschichteten Platten im Gleichlauf mit Vorritzen wird häufig der Flachzachn eingesetzt, da der Schneideneintritt von oben und unten saube-re Kanten erzeugt. Für die Bearbeitung von beschichteten Spanplatten in Verbindung mit dem Ritzsägen, also bei dem Kombinationsverfahren Ritzsägen–Hauptsägen, werden je nach zu trennendem Werkstoff unterschiedliche Zahnformen beim Hauptsägeblatt verwendet. Diese HW-Zahnformen wurden entwi-ckelt, um beim Gegenlaufsägen des Hauptsägeblattes bessere Schnittergebnisse und vor allem längere Standzeiten zu erzielen.

Einseitiger Eckwinkel, einseitig spitz (ES)

Einseitig Spitz ES Verlangt der Bearbeitungsfall nur auf einer Schnittfläche eine definierte Schnitt-qualität, kommt die Zahnform ES zum Einsatz. Diese kann gebildet werden durch Eckwinkelschliff oder häufiger wie z.B bei Zerspanersägeblättern durch einseitige Achswinkelgebung beim Flachzahn. Letzteres wird für einen von der Kettenbahn fortgerichteten Späneflug eingesetzt. Vorteilhaft steigt die Schnittqualität, und die Zähnezahl kann für eine höhere Wirtschaftlichkeit reduziertwerden. Selbstverständlich gibt es linke und rechte Ausführungen. Beim Blick auf die Zahnbrust ergibt sich beispielsweise die Bezeichnung ESR für die An-fasung des Zahnes rechts, die so gebildete Zahnspitze befindet sich also links.Gegenüber den Flachzähnen haben Wechselzähne die Vorteile der Schnittfu-gen unterteilung, der Voreilung der Zahnspitzen und bei Achswinkelgebung auch des „ziehenden Schnittes“. Folglich werden sie für eine höhere Schnittgüte besonders bei fasrigen Werkstoffen eingesetzt.Ein geringer Nachteil gegenüber dem Flachzahn besteht in dem größeren Schärfaufwand, dies vor allem im Hinblick auf eine symmetrische Ausbildung der Wechselzahngeometrie. Diese Symmetrie ist für den einwandfreien Schnitt des Wechselzahn-Kreissägeblattes Voraussetzung.

Gruppenzahnung

Der sogenannte Trapez-Flachzahn TF, eigentlich Trapezzahn-Flachzahn, der Dachhohlzahn-Flachhohlzahn (DH) und der  Wechselzahn-Flachzahn (WWF) sind Beispiele der Gruppenzahnung. Bei T + F setzt sich die Gruppenzahnung im Wechsel aus etwas höheren Trapezzähnen und etwas niedrigeren Flachzähnen zusammen. Es wird eine günstige Schnittunterteilung durch diese sehr häufig angewendeten Gruppenzahnung bewirkt: Die leicht vorstehenden Tra-pezzähne übernehmen die Vorzerspanung, die Flachzähne bewirken die Schnittkantenqualität. Die englischsprechenden Länder sprechen von Dreifachspan, denn die Spanbildung wird vorwiegend in drei Teile aufgespalten.

Dach-Hohlzahn (DH)

Die Gruppenzahnung der Hohlzahnausführung mit dem konkaven Spanflächenschliff und der Kombination Dachspitze und Flachform der Schneidkante, also der Freifläche, ist besonders im europäischen Bereich erfolgreich. Muss auf ein Ritzwerkzeug verzichtet werden, sorgt die Schneidengeometrie des DH-Sägeblattes für ausrißarme Schnittkanten auf der Austrittsseite der beschichte-ten Platte. Aufwendig gestaltet sich das Nachschleifen, da lange Standwege nach dem Schärfen nur bei perfektem Schliff an Umfang (Rücken) und Hohlzahnbrust wieder erzielt werden. Der Dachzahn wirkt als Vorschneider und unterstützt die Führung des Werkzeuges im Schnittspalt. Mit zusätzlichem Aufwand werden manchmal die Schneidenecken mit einer Schutzfase versehen (DHFA).

WWF und WAWAF

Die Gruppenzahnungen Wechselzahnlinks,Wechselzahn rechts, teilweise nochmals eine Wiederhlolung von Wl und Wr, dann ein Flachzahn, der ca.0,2 mm zurücksteht, sowie die Ausführung der Wechselzahngruppe mit wechselseitigen Achswinkeln werden vor allem im asiatischen Raumeingesetzt. Auch zum Trennen von Bilderrahmenleisten werden in unserem Raum diese aufwendig zu schleifenden Zahnformkombinationen verwendet. Die Wechselzahnspitze vorschneiden zu lassen, um eine ausrißarme Kante zu erzeugen, und den Flachzahn die Schnittfuge ausräumen zu lassen, ist ein in der Holzbearbeitung häufig angewendetes Zerspanverfahren. Sind die Zahnspitzen der Wechselzähne jedoch durch die Härte des zu trennenden Werkstoffes stark ausbruchgefährdet, wird auch der Wechselzahn mit einer Schutzfase versehen.

Wechselzahn mit Schutzfase (WFA)

Diese Anfasung wird ähnlich wie beim Flachzahn ausgeführt. GUHDO-Werk verwendet dafür auch die Bezeichnung SCH2. Der Wechselzahn mit Fase wird relativ häufig beim Trennen von höherfesten, dünnwandigen Aluminiumlegierungen mit Erfolg eingesetzt. Gegenüber dem Trapez-Flach-Zahn tritt er schnittkraftärmer in das biegeempfindliche Aluminiumprofil ein.

Zahnformschliff mit Facette BTF

Weitere Zahnformen und Gruppenzahnungen bestehen, sie finden sich jedoch vorwiegend bei Sondersägeblättern. In der Metallzerspanung werden komplexe Zahngeometrien verwirklicht. Durch Schutzfasen an der Spanfläche und Gegenfasen an der Schneidenecke wird die Schnittaufteilung und Spanaufteilung optimiert. Hier ist der sogenannte Braunschweiger Zahn nur eine Variante der Zahngeometrien. Spanbrechernuten an der Freifläche und Spanbrecherrinnen an der Spanfläche ergänzen diese Geometrievarianten.
GUHDO-Werk wendet für die Steel-CUT-Kreissägeblätter die Zahnform Flach-Fase mit einer wechselnden Fasenausbildung Schnittbreite B/3 mit 5° und für die BTF–Kreissägeblätter eine Fase an Freifläche und Spanfläche zur Stabilisierung des Schneidkeiles der TF-Zahngeometrie beim Stahlblech-Trennschnitt an.