Zur Verbesserung der Zerspanbarkeit wird Cu-Zn-Legierungen oftmals Blei hinzulegiert. Aufgrund der umwelt- und gesundheitsschädlichen Wirkung von Blei zielt die Gesetzgebung jedoch verstärkt auf eine deutliche Reduzierung dieses Elements in Kupferwerkstoffen ab. Infolgedessen wurden in den vergangenen Jahren bleiarme (m_Pb < 0,2%) Cu-Zn-Legierungen für unterschiedliche Anwendungsbereiche entwickelt. Die Zerspanung dieser Werkstoffe ist heutzutage durch eine geringere Produktivität, Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu bleihaltigen Cu-Zn-Legierungen charakterisiert.

Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung, des Werkstoffgefüges und des Bleigehalts im Bereich m_Pb < 0,2% auf den Zerspanprozess wurde bislang nicht systematisch untersucht. Es war daher das Ziel dieser Arbeit, die grundlegenden Ursache-Wirkungszusammenhänge und Wirkmechanismen bei der Zerspanung von bleiarmen Cu-Zn-Legierungen zu erforschen und die gewonnenen Erkenntnisse in empirischen Modellen zur Werkzeug- und Prozessauslegung für die Drehbearbeitung abzubilden.

Zunächst wurde die Zerspanbarkeit verschiedener bleiarmer Legierungen (CuZn21Si3P, CuZn38As und CuZn42) beim Außenlängsdrehen analysiert. Dadurch konnten diejenigen Zerspanbarkeitskriterien als Zielgrößen abgeleitet werden, die für die Werkstoffe jeweils von besonderer Bedeutung waren. Den Zielgrößen wurden anschließend technologisch relevante Einflussgrößen zugeordnet. In einem induktiven Vorgehen wurden daraufhin die Ursache-Wirkungszusammenhänge zwischen den Einfluss- und Zielgrößen größtenteils in Analogieversuchen zur Spanbildung, zum -ablauf und -bruch, zur Reibung und zum Werkzeugverschleiß analysiert.

Die erforschten Zusammenhänge wurden genutzt, um empirische Prognosemodelle zur quantitativen Vorhersage des Spanbruchs und der Aktivkraft zu entwickeln. Neben Werkzeug- und Prozessparametern berücksichtigen die Modelle charakteristische Werkstoffkenngrößen und eröffnen dadurch die Möglichkeit, Teilaspekte des Zerspanprozesses von Cu-Zn-Legierungen mit beliebiger Variation der Gefügephasenanteile und des Bleigehalts modellbasiert vorherzusagen. Im Anschluss wurden die empirischen Prognosemodelle als Grundlage zur Entwicklung eines Gestaltungsmodells zur Werkzeug- und Prozessauslegung für die Drehbearbeitung von bleiarmen Cu-Zn-Legierungen genutzt. Dieses ermöglicht dem Anwender in der Praxis eine modellgestützte Planung und Auslegung von Drehprozessen und schließlich eine Reduzierung der Fertigungskosten.