Neue Massstäbe beim Fräsen
Iscar bietet passende Werkzeuge für aktuelle Herausforderungen in der Fräsbearbeitung.
Fräsen ist eine Zerspanungsmethode, die ihren Ursprung im 18. Jahrhundert hat und heute zu den wichtigsten Bearbeitungstechnologien gehört. Inzwischen treiben der Bedarf an höherer Produktivität, grösserer Präzision und mehr Nachhaltigkeit die technologischen Entwicklungen beim Fräsen voran.
Fräsmaschinen sind aus den Werkstätten nicht mehr wegzudenken. Der Prozess ist ein integraler Bestandteil der Zerspanungstechnik, dessen Bedeutung durch die sich ständig verändernden Anforderungen in der Fertigung zunimmt. So hat beispielsweise die Genauigkeit der Metallformung durch Technologien wie Präzisions-Feinstzerspanung und -schmieden deutlich zugenommen. Aber auch 3D-Druck-Verfahren oder neue Verbund- und Sinterwerkstoffe erfordern angepasste Prozesse.
Die Bearbeiter sind gefragt: Sie müssen die Produktivität bei schwer zerspanbaren Superlegierungen und Titanqualitäten erhöhen, weitere Optimierungsmassnahmen werden durch die starke Konzentration auf Elektro- und Hybridfahrzeuge in der Automobilindustrie nötig. Darüber hinaus ermöglichen mehrachsige Werkzeugmaschinen die präzise Bearbeitung komplexer Teile, neue Zerspanungsstrategien steigern die Produktivität. Moderne Prozesse können zudem die Menge für das vorgesehene Rohmaterial beim Fräsen deutlich reduzieren, gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Oberflächengüte und die Genauigkeit.
Entwicklungen und Ansätze
Zu den wichtigsten Entwicklungen bei Fräswerkzeugen gehören die Hochgeschwindigkeits-Zerspanung und das Präzisionsfräsen, aber auch mehrachsiges, adaptives und nachhaltiges Fräsen. Bei der Hochgeschwindigkeits-Zerspanung liegt der Schwerpunkt auf der Steigerung des Zeitspanvolumens (MRR), um eine höhere Produktivität durch eine deutlich schnellere Schnittgeschwindigkeit oder mehr Vorschub pro Zahn zu erreichen. Anwender erreichen dies durch Hochgeschwindigkeitsfräsen (HSM) und Hochvorschubfräsen (HFM) beim Schruppen. Beim Präzisionsfräsen steht die hohe Genauigkeit im Fokus.
Beim mehrachsigen Fräsen kommen entsprechend ausgestattete Bearbeitungszentren zum Einsatz, die komplexe Prozesse erlauben. Ziel des adaptiven Fräsens ist, intelligente Systeme zu entwickeln, die sich an veränderte Bedingungen während des Bearbeitungsprozesses anpassen können. Beim nachhaltigen Fräsen geht es darum, die Umweltauswirkungen zu reduzieren. Dazu gehören die Entwicklung umweltfreundlicher Kühlschmierstoffe, das Recycling, die Wiederverwendung von Materialien sowie der Einsatz energieeffizienter Werkzeugmaschinen und Fräser.
Aufeinander abgestimmte Komponenten
Der Erfolg aller Entwicklungen beim Fräsen beruht auf einer Synergie aus Werkzeugmaschinen, Schneidwerkzeugen und computergestützten Konstruktionssystemen (CAE). Das Hochgeschwindigkeitsfräsen beispielsweise erfordert Maschinen, die hohe Drehzahlen liefern sowie Werkzeuge aus fortschrittlichen Schneidstoffen und mit innovativen Beschichtungen. Gleichzeitig setzen präzisere Fräsprozesse nicht nur Werkzeuge mit geringeren Toleranzen, sondern auch verbesserte Steuerungssysteme und Antriebe voraus.
Beim mehrachsigen Fräsen sorgen optimal gesteuerte Achsen und die passenden Schneidgeometrien der Fräswerkzeuge für den Durchbruch. Zum adaptiven Fräsen gehören Innovationen wie moderne Überwachungssysteme, hochempfindliche Sensoren und effiziente Algorithmen, die Schnittdaten und Werkzeugwege in Echtzeit optimieren. Nachhaltiger wird die Fräsbearbeitung durch den Einsatz energieeffizienter Prozesse, geeigneter Werkzeugmaschinen, angepasster Schneidwerkzeuge und umweltfreundlicher Kühlmittel.
Austauschbare Wendeschneidplatten
Beim Fräsen setzen Anwender häufig auf Werkzeuge mit austauschbaren Wendeschneidplatten (WSP), deren Schneidwerkstoffe sich ständig weiterentwickeln. Neue Hartmetallsorten, Keramiken und ultraharte Schneidstoffe sorgen für immer bessere Ergebnisse bei der Bearbeitung.
Neue Beschichtungen verbessern die Verschleiss- und Hitzebeständigkeit und erhöhen zugleich die Schmierfähigkeit. Mit modernen Schneidengeometrien lässt sich die Spanbildungstopologie der Schneidplatten optimieren. Dadurch verbessern sich die Schneidwirkung und der Spanfluss beim Fräsen, zudem verringern sich die Schnittkräfte. Die effektive Nutzung des Schneidstoffs beinhaltet ein intelligentes Schneidplatten-Design, das eine maximale Schneidleistung bietet, ohne die Zerspanungsleistung zu verringern.
Nuten, Taschen, Hohlräume
Iscars Chatterfree-Vollhartmetallfräser mit sieben Schneiden reduzieren die Vibrationen beim trochoidalen Fräsen.
Beim trochoidalen Hochgeschwindigkeitsfräsen folgt das Werkzeug einer gekrümmten Bahn, um eine konstante Belastung der Schneide aufrechtzuerhalten. Plötzliche Belastungsspitzen beim Materialeintritt werden vermieden. Diese Strategie ist sehr effizient beim Fräsen von tiefen Nuten, Taschen und Hohlräumen, insbesondere bei geringer Bearbeitungsstabilität. Darüber hinaus liefert das Verfahren sehr gute Ergebnisse bei der Bearbeitung anspruchsvoller Werkstückstoffe wie legierten Stählen oder hoch hitzebeständigen Superlegierungen.
Speziell für das trochoidale Fräsen hat Iscar das Chatterfree EC-E7/H7-CF-Produktprogramm für mehrschneidige Vollhartmetall(VHM)-Fräser entwickelt. Das geometrische Design der Werkzeuge umfasst unterschiedliche Spiralwinkel und variable Winkelsteigungen, die das dynamische Schnittverhalten verbessern.
Hochproduktiv und effektiv
Mithilfe moderner Maschinen ist das hochproduktive Fräsen von Aluminiumlegierungen bei extrem hohen Spindeldrehzahlen von bis zu 33.000 Umdrehungen pro Minute möglich. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, hat Iscar 90-Grad-Fräser entwickelt, die grossformatige WSP mit einer Schnitttiefe von bis zu 22 Millimeter aufnehmen können. Die Fräser sind so konstruiert, dass keine radiale Verschiebung der Wendeschneidplatte erfolgt, was bei sehr hohen Drehzahlen aufgrund der hohen Fliehkräfte auftreten kann.
Die Logiq4Feed-Fräser erweitern die Möglichkeiten bei der Bearbeitung von Gesenk- und Formkavitäten.
Das Hochvorschubfräsen hat sich zu einem weit verbreiteten Verfahren zum effizienten Schruppen von komplexen Oberflächen entwickelt. Iscar bietet dafür eine breite Werkzeugpalette an. Die charakteristischen knochenförmigen WSP der Logiq4Feed-Familie gibt es beispielsweise jetzt auch in grösseren Ausführungen. Sie erweitern den Anwendungsbereich erheblich, insbesondere beim Hochvorschubfräsen von tiefen Kavitäten im Werkzeug- und Formenbau. Eine weitere Neuerung sind die wirtschaftlichen Neofeed-Fräser mit ihren doppelseitigen, quadratischen Wendeplatten mit acht Schneidenkanten.
Präzise und schnell
Fortschritte bei mehrachsigen Werkzeugmaschinen und CAD/CAM-Systemen erlauben das präzise Fräsen komplexer Formen mit minimalem Abtrag des Werkstückstoffs durch segment- oder tonnenförmige Schaftfräser. Diese sind als VHM-Versionen, als Multi-Master-Fräsköpfe oder als Ausführung mit einer Wendeschneidplatte verfügbar.
Beim Fräsen hoch hitzebeständiger Superlegierungen kann der Anwender mit Schneiden aus keramischen Werkstoffen die Schnittgeschwindigkeiten erheblich erhöhen – bis zu 1.000 Meter pro Minute sind möglich. Zu den neuesten Keramikwerkzeugen von Iscar gehören keramische VHM- und WSP-Fräser mit doppelseitigen, runden Keramikeinsätzen. Das doppelseitige Design zielt darauf ab, die Nutzung keramischer Werkstoffe zu maximieren, wie beispielsweise schwarze Keramik, whiskerverstärkte Keramik und SiAlON – eine Art Keramik auf Siliziumnitridbasis.