Zerspanung

Maurice van den Hoonaard, Tungaloy Germany / dsc,

Neue Aufgaben fürs Hochvorschubfräsen

Eine effiziente Produktion mit kurzen Bearbeitungszeiten – dieses Ziel erreichen Unternehmen aus der spanenden Fertigung mit dem Hochvorschubfräsen.

Der Hochvorschubfräser DoFeed wird kontinuierlich um neue Spanformstufen, Schneidstoffe, Beschichtungen, weitere Werkzeuge und innovative Spannkonzepte erweitert. © Tungaloy

Stahl und Eisenguss lassen sich dabei ebenso zerspanen wie hitzebeständige Legierungen. Mit weiterentwickelten Wendeschneidplatten und optimierter Kühlmittelführung lässt sich die Bearbeitung noch deutlicher beschleunigen.

Hoher Vorschub und geringe Schnitttiefen – diese Eigenschaften kennzeichnen das Hochvorschubfräsen. Dieses Bearbeitungsverfahren wurde in den 1990er Jahren entwickelt und zunächst für Schruppbearbeitungen von Taschen und Hohlräumen (Kavitäten) eingesetzt.

Doch mittlerweile hat sich das Verfahren auch beim Planfräsen und bei anderen Varianten etabliert. Denn die Hochvorschubbearbeitung ist eine effektive Methode, um die Produktivität zu steigern, da sie einen hohen Materialabtrag binnen kurzer Zeit ermöglicht.

Höherer Zahnvorschub

Die Bearbeitungsmethode basiert auf dem Prinzip von dünnen und breiten Spänen. Diese werden durch den flachen Anstellwinkel der Wendeschneidplatten von 9 bis 17° erzeugt. Während die Spandicke (h) bei einem Werkzeug mit einem Anstellwinkel von 90° genauso groß ist wie der Zahnvorschub (Fz), verringert sie sich bei kleinerem Anstellwinkel.

Ein Beispiel: Betragen Spandicke 0,2 mm und Zahnvorschub 0,2 mm/Zahn bei einem 90°-Anstellwinkel, verringert sich die Spandicke auf 0,178 mm bei 45° und gleichbleibendem Zahnvorschub. Wird der Anstellwinkel auf 15° reduziert, kann der Vorschub von vormals 0,2 mm/Zahn auf 1,27 mm/Zahn erhöht werden, um die Spandicke von 0,178 mm zu erreichen.

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Bei einer solchen drastischen Erhöhung des Zahnvorschubs um das Sechsfache sinkt die Bearbeitungszeit entsprechend. Generell lässt sich das Zeitspanvolumen beim Hochvorschubfräsen im Vergleich zum Eckfräsen meist um das Zwei- bis Dreifache erhöhen.

Ablenkung der Schnittkräfte

Ein weiterer Vorteil beim Hochvorschubfräsen besteht in der niedrigen Belastung der Schneidkanten. Generell führt eine Erhöhung von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub beim Fräsen zu höheren Schnittwerten. Die Standzeit der Wendeschneidplatten sinkt. Beim Hochvorschubfräsen dagegen ergibt sich eine Verlängerung der Werkzeugstandzeit durch einen erhöhten Vorschub bei verhältnismäßig geringen Drehzahlen. Die Schnittkräfte werden überwiegend axial in Richtung Spindel eingebracht, wodurch die Vibrationsneigung minimiert wird.

Bereits im Jahr 1990 brachte Tungaloy als einer der ersten Entwickler im Hochvorschubfräsen die TXP-Serie auf den Markt. Dieses Hochvorschubsystem kennzeichneten verschiedene Wendeplattengrößen und eine Wendeplattengeometrie mit drei Schneiden. Da der Bedarf an mehrschneidigen Wendeschneidplatten stetig stieg, entwickelte Tungaloy 2010 den DoFeed-Fräser mit negativer vierschneidiger Wendeschneidplatte. Seitdem wurde der Hochvorschubfräser kontinuierlich um neue Spanformstufen, Schneidstoffe, Beschichtungen, weitere Werkzeuge und innovative Spannkonzepte erweitert. Zu den herausragenden Merkmalen gehört die Einbaulage der Wendeschneidplatte im Träger. So sind zwei der vier Schneiden ständig geschützt und kommen daher während des Zerspanprozesses nicht mit Spänen in Kontakt. Auch die Geometrie der Schneide führt zu einem Plus in puncto Standzeit.

Optimale Spanabfuhr

Die DoFeed-Reihe ist gekennzeichnet durch eine zuverlässige Spanabfuhr. Ein großer Neigungswinkel an der Schneidkante sorgt für einen sicheren Spanfluss. Durch die optimierte Kühlmittelstrahlführung wird eine Spanverdichtung verhindert. Dabei ist der Halter in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich: zum einen mit zentrierter Kühlmittelzufuhr zum Fräsen von tiefen Taschen, Sacklöchern und Kavitäten, zum anderen mit Kühlmittelzufuhr zur Schneidkantenspitze, beispielsweise für Schulterfräsbearbeitungen. Erfolgt die Kühlmittelzufuhr direkt auf die Schneidkante, lässt sich die entstehende Schneidwärme verringern und Aufbauschneiden lassen sich vermeiden. Das Ergebnis: gleichmäßigere Späne von perfekter Länge, eine deutliche Erhöhung der Standzeit und stabilere Prozesse, selbst beim Fräsen schwieriger Werkstoffe.

Die neue Multi-Layer-Beschichtung AH3225 ist eine PVD-Beschichtung zum Schutz der Wendeschneidplatte. Auf ein Hartmetallsubstrat werden drei Schichten aufgebracht, die für eine optimale Schneidkantenintegrität sorgen sowie Verschleiß, Oxidation, Kantenausbrüche und die Bildung von Aufbauschneiden verhindern. Durch die spezielle Zusammensetzung der Wendeschneidplatte erhöht sich die Standzeit.

Die Produkte der DoFeed-Reihe lassen sich sehr flexibel verwenden. Unterschiedliche Bearbeitungen wie das Plan-, Eck-, Schulter-, Taschen-, Rampen- sowie Bohr-Zirkularfräsen sind möglich. Darüber hinaus können Werkzeugkosten eingespart werden, da das Werkzeug auch für Bohrungen einsetzbar ist. Hochvorschubfräser eignen sich nicht nur zum Schruppen, sondern beim Einsatz einer Wiper-Schneide sogar zum Schlichten von Bauteilen. Es ist somit kein zusätzliches Werkzeug erforderlich und ein Werkzeugwechsel entfällt. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, nah an der finalen Kontur zu arbeiten. Damit lässt sich das Verfahren auch perfekt für die 3D-Bearbeitung einsetzen, bei der Material dreidimensional in geringen Schnitttiefen abgetragen wird.

Gussformen und Maschinenteile

Die Hochvorschubfräser von Tungaloy eignen sich zur Bearbeitung von Gussformen und Herstellung von Formböden, Flanschen, Maschinenteilen, Turbinenschaufeln, Zahnrädern und vielem mehr. DoFeed ist aufgrund der geringen Schnittkräfte auch in leistungsschwächeren Maschinen nutzbar. Das Werkzeug punktet durch hohe Vorschubraten von bis zu 20 m pro Minute, stark verkürzte Bearbeitungszeiten und maximale Standzeiten. Dabei sorgt die doppelseitige Wendeschneidplatte für höchste Prozesssicherheit und Effizienz. Aus diesen Gründen ist der Hochvorschubfräser für zahlreiche Branchen interessant – angefangen beim Werkzeug- und Formenbau, der hohe Anforderungen an die Konturenbearbeitung stellt.

Dabei kann der Schlichtprozess teilweise direkt angeschlossen werden, da durch die konturnahe Bearbeitung Semischlichtprozesse entfallen. Auch für die energieerzeugende Industrie eignen sich die Hochvorschubfräser von Tungaloy, da sie selbst bei großen Auskraglängen vibrationsfrei arbeiten. Komplexe Bauteile können mit hohem Zeitspanvolumen gefertigt werden.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden viele Komponenten aus harten Materialien, beispielsweise ausscheidungsgehärtetem Edelstahl oder Titanlegierungen, hergestellt. Auch für diese anspruchsvollen Fertigungsprozesse ist der Hochvorschubfräser aufgrund seiner Eigenschaften perfekt geeignet. Durch den Einsatz spezieller Wendeschneidplatten mit scharfer Spanformstufe lassen sich nicht selten Steigerungen der Produktraten von über 250 % erzielen.

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