Trennen

Das Trennen der Probe vom Werkstück ist der zentrale Schritt beim materialographischen Trennen.

Die Erfüllung der nachstehend genannten Anforderungen an Probe und Verfahren ist mit der Wahl der Probe, aber auch den Auswirkungen auf den Werkstoff während des Trennprozesses und dem Trennprozess selbst verknüpft.

  • Die Probe muss alle Merkmale des Werkstücks bzw. Teils, von dem es stammt, aufweisen.
  • Die Trennscheibe darf beim Trennen nicht verlaufen oder blockiert werden.
  • Der Verschleiß an der Trennscheibe muss minimal sein.
  • Die Probe darf beim Entnehmen aus dem Gerät nicht heiß sein.
  • An der Probenoberfläche dürfen keine thermischen Schädigungen bzw. Verbrennungen vorhanden sein.
  • Die Oberfläche muss glatt und einheitlich mit homogenen Kratzern sein.
  • Auf der Oberfläche dürfen nur minimale Grate sein.

Für das Trennen steht eine große Vielfalt an Methoden zur Verfügung. Die Anforderungen des materialographischen Trennens lassen sich aber nur mit sehr wenigen Techniken erfüllen. Eine davon, das Nasstrennschleifen, ist nachstehend beschrieben.
Nasstrennschleifen

Nasstrennschleifen

Das Nasstrennschleifen ist die am besten geeignete Trennmethode für die materialographische Prüfung, da es das schonendste und bei vielen Anwendungen schnellste Verfahren ist. Zum Nasstrennschleifen wird eine Trennscheibe aus Schleifmittel und Bindemittel verwendet. Während des Trennens wird die Trennscheibe mit Kühlflüssigkeit bespült, um Beschädigungen der Probe durch Reibungswärme zu verhindern. Die Kühlflüssigkeit spült auch Abrieb aus dem Trennbereich.

Die Qualität des Schnitts wird durch die Wahl des Trenngeräts, der Einspannwerkzeuge, der Trennscheibe, der Kühlflüssigkeit und der Parameter wie Trennmodi, Vorschub und Drehzahl bestimmt. In den folgenden Leitlinien sind diese Punkte genauer erklärt, um die richtige Wahl zu erleichtern.

Trennen in der Praxis

Wahl des Trenngeräts

Die Größe des Trenngeräts wird durch die Größe des Werkstücks vorgegeben. Zum einen muss in der Trennkammer ausreichend Platz für das Werkstück sein, zum anderen muss der Durchmesser der Trennscheibe ein Durchtrennen des Werkstücks zulassen.

  • Die Bewegung des Werkstücks oder der Trennscheibe entlang der drei Koordinatenachsen des Geräts (X, Y, Z) kann bei automatischen Trennmaschinen vorprogrammiert werden. Bei manuellen Geräten werden diese Bewegungen vom Anwender durchgeführt.
  • Die verschiedenen Trenngeräte bieten unterschiedliche Möglichkeiten bei der Wahl von Trennmodi, was die Möglichkeiten hinsichtlich Größe und Werkstoff des Werkstücks erhöht.
  • Die Präzision des Schnitts und die Fähigkeit, eine bestimmte Schnittlinie zu treffen, d. h. die Nähe zum zu untersuchenden Bereich, werden ebenfalls durch das Gerät vorgegeben. In Präzisionstrennmaschinen kann das Werkstück mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern positioniert werden.

Wahl der Spannwerkzeuge

Das Spannen dient in erster Linie zum Fixieren des Werkstücks während des Trennvorgangs. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten, die sich alle deutlich auf die Qualität des Schnitts auswirken.

Auch die für den Trennprozess notwendige Zeit wird durch das Spannen erheblich beeinflusst, da eine Lösung mit einem oder mehreren Spann- und Freigabeschritten sehr zeitaufwendig sein kann.

Andere wichtige Punkte, die es bei der Wahl der Spannwerkzeuge zu beachten gilt, sind die einfache bzw. komplexe Geometrie einer Probe, die Anzahl der zu trennenden Proben, die Zerbrechlichkeit bzw. Empfindlichkeit des Werkstoffs und das Trennen zahlreicher unterschiedlicher oder identischer Werkstücke. Auch das zum Trennen verwendete Gerät bietet hinsichtlich des Spannens Möglichkeiten, aber auch Begrenzungen, beispielsweise durch die Bewegungen des Trenntisches oder der Trennscheibe.

Die Trennqualität wird auch durch die Positionierung des Werkstücks zur Trennscheibe beeinflusst:

  • Durch Spannen des Werkstücks unterhalb des vorderen Abschnitts der Trennscheibe lässt sich Kühlflüssigkeit optimal zuführen.
  • Durch Spannen des Werkstücks auf beiden Seiten der Trennscheibe wird die Bildung von Graten am unteren Ende des Trennschnitts vermieden. Gleichzeitig wird bei einem Werkstoff mit hohen inneren Spannungen ein Verkanten der Trennscheibe verhindert, der im schlimmsten Fall zu einem Blockieren der Trennscheibe führen kann.
  • Bei den meisten Applikationen wird das abzutrennende Teil nur locker eingespannt, das später verwendete Werkstück wird fest eingespannt.

Reguläre, aber auch besondere Anforderungen an das materialographische Trennen werden durch eine große Auswahl an standardisierten, universellen Spannwerkzeugen für das Schnellspannen, das senkrechte Spannen, das Spannen von Stäben, Kugeln, Rohren, Schrauben usw. erfüllt. Spannwerkzeuge können außerdem an besondere Bedürfnisse angepasst werden. Hierzu zählt beispielsweise, wenn aus Zeitgründen eine geringe Anzahl von Spannschritten notwendig wird oder wenn schwierige Geometrien Spezialkonstruktionen zur Optimierung der Trennqualität verlangen.

Wahl der Trennscheibe

Die Eigenschaften der Trennscheibe tragen entscheidend zur Trennqualität bei, weswegen die Wahl in erster Linie von dem zu trennenden Werkstoff abhängt. Bei Trennscheiben für das Nasstrennschleifen ist besonders auf folgende Eigenschaften zu achten:

  • Größe der Scheibe
  • Art des Schleifmittels
  • Art des Bindemittels

Trennscheiben können sich in ihren Abmessungen, d. h. Durchmesser und Dicke, sowie der Verteilung des Schleifmittels, d. h. entweder als Ring am Umfang oder auf dem gesamten Scheibenkörper, unterscheiden. Gerade die Wahl der Größe und die Konzentration des Schleifmittels bieten Möglichkeiten, die Trennleistung zu optimieren.

In der nachstehenden Tabelle sind die besten Schleifmittel für verschiedene Werkstoffe auf Trennscheiben mit Bakelitbindung aufgeführt:

Wahl der Trennscheibe – Überblick

Metallgebundene Diamantschleifmittel kommen insbesondere bei Nichtmetallen mittlerer Härte zum Einsatz, wie:

Auswahl von Trennmodi und -parametern

Vorschub

Vorschub

Beim materialographischen Trennen wird in der Regel ein Vorschub von weniger als 1 mm/s gewählt, der zudem an die Trennscheibe und die abzutrennende Probe angepasst werden kann. Ein zu langsamer Vorschub verlängert den Trennprozess unnötig, ein zu hoher Vorschub erhöht das Risiko von thermischen Schädigungen.

Drehzahl

Drehzahl

Mithilfe dieses Parameters lässt sich die Anzahl verschiedener Trennscheiben beim Trennen von Werkstoffen unterschiedlicher Härte verringern. Anstatt Trennscheiben auszuwechseln wird die Drehzahl geändert. So kann durch Herunterregeln der Drehzahl eine harte Trennscheibe wie eine weiche arbeiten und umgekehrt.

Trennmodus

Direct Cut ist der am häufigsten verwendete Trennmodus. Hierbei wird die Trennscheibe direkt in das Werkstück geführt.

Zur Verbesserung dieses Trennmodus und zur Ausweitung des Anwendungsbereichs eines Trenngeräts oder einer Trennscheibe können auch andere Trennmodi berücksichtigt werden. Generell werden Verbesserungen durch die Verkleinerung der Kontaktfläche zwischen Werkstück und Trennscheibe erzielt, was mit folgenden Vorteilen verbunden ist:

  • Durch eine Erhöhung der Andruckkraft pro Flächeneinheit lassen sich härtere Werkstoffe trennen, Standardwerkstoffe schneller trennen und Verschleißerscheinungen verringern. Auf diese Weise kann eine härtere Trennscheibe als beim Direct Cut für einen bestimmten Werkstoff eingesetzt werden.

  • Da sich die Kontaktfläche ständig ändert, wird die Kühlung verbessert. Dies verringert das Risiko von Beschädigungen des Werkstücks und erleichtert die Präparationsarbeit nach dem Trennen.

Weitere Trennmodi:

ExciCut Titelbild

ExiCut

Geeignet für harte Werkstoffe und schnelleres Trennen. Verbessertes Kühlen während des Trennprozesses. Geringeres Risiko von Schäden am Werkstück. Geringerer Arbeitsaufwand nach dem Trennen.

AxioCut Step Titelbild

AxioCut

Geeignet für besonders große Werkstücke Mit AxioCut stehen beim Trennen großer Werkstücke zusätzliche 150 mm zur Verfügung. Dies ermöglicht das Trennen tiefer Werkstücke.

Trennen mit AxioCut Step ist schneller als AxioCut Sweep, wobei AxioCut Sweep die Standzeit der Trennscheibe erhöht und sehr schonend trennt.

Rotation und Oszillation

Trennen mit Rotation oder Oszillation

Geeignet zum Trennen besonders harter Werkstoffe

Kühlen

Ein Nasstrennschleifen ist ohne Kühlschmiermittel nicht möglich. Es dient zum Kühlen, Abspülen von Abrieb, Schmieren, Korrosionsschutz und wirkt keimabtötend.

Durch die korrekte Positionierung des Werkstücks und die richtige Wahl des Trennmodus wird das Kühlschmiermittel besser in den Trennbereich eingebracht. Verfügt das Gerät über einen zusätzlichen Kühlschlauch, sollte dessen Auslass direkt über der Trennscheibe angebracht werden.

Fehlersuche und -behebung, Trennen

Problem

Ablösen von oder Rissbildung bei Beschichtung

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Anwendungslösung: Automatisches Trenngerät anstatt manuellem Trenngerät verwenden.
Lösung: Trennvorgang immer auf der Seite mit der Beschichtung beginnen.
Lösung: Trennscheibe erst auf die beschichtete (oder behandelte) Oberfläche absenken, sodass die  Andruckkraft gegen die Probe gerichtet ist. Dabei auf die Drehrichtung der Trennscheibe  achten. Das Trägermaterial dient so als „Stütze“ der Beschichtung.
Lösung: Bei Rissbildung kann auch das Einbetten der Probe vor dem Trennen eine Lösungsmöglichkeit  sein, da das Einbettmittel beim Trennen als Träger dienen kann.
Allmähliches Nachlassen der Trennleistung
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Lösung: Bei Trennscheiben mit Diamant oder CBN als Schleifmittel anhaftenden Abrieb, der das Trennvermögen  verringert, durch Abrichten entfernen.
Trenngeräte

Trenngeräte

Das Trennen sollte so einfach, schnell und präzise wie möglich sein. Hier finden Sie Trennmaschinen zum Trennen von Werkstücken aller Größen mit herausragender Qualität, langer Lebensdauer und höchster Bedienfreundlichkeit Sie können zwischen kleinen und großen, manuellen und automatischen Trennlösungen wählen.

Übersicht der Trenngeräte

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