Über Planfräsen

Fräser mit großem Durchmesser können einen Werkzeugweg mit großer Schnittbreite verwenden. KYOCERA Präzisionswerkzeuge

Es gibt drei Gewissheiten, die für jeden Maschinisten unvermeidbar sind: Tod, Steuern und Schneidplattenverschleiß.

Und von den dreien ist leider nur der Verschleiß der Wendeschneidplatte einigermaßen kontrollierbar. Tatsächlich sollte dies geplant und überwacht werden und bei Bedarf Anpassungen vorgenommen werden, da unkontrollierter Schneidplattenverschleiß die Werkzeuglebensdauer verkürzt, zu Unvorhersehbarkeit führt und im schlimmsten Fall zu ungeplanten Ausfallzeiten führt.

Bei einer Einzeldrehbearbeitung ist das Indexieren von Wendeschneidplatten kein so großes Problem. Aber was passiert, wenn Sie einen Planfräsvorgang mit einem Fräser durchführen, der ein Dutzend Wendeschneidplatten enthält?

Planfräsen ist per Definition ein intermittierender Schneidprozess. Es erzeugt viele Auswirkungen.

Definieren wir zunächst die Operation. Das Planfräsen ist heute einer der häufigsten Fräsvorgänge in der Metallverarbeitung. Bei diesem Vorgang wird der Fräser senkrecht zum Werkstück platziert. Und obwohl bei diesem Vorgang viele Eingabewinkel verwendet werden können, sind die beiden gebräuchlichsten 45 Grad und 90 Grad.

Planfräser werden typischerweise zum Fräsen einer flachen Oberfläche oder Stirnfläche an einem Werkstück verwendet. Fräser mit großem Durchmesser können einen Werkzeugweg mit großer Schnittbreite verwenden. Diese Schnittbreite kann je nach Hersteller und teilweise auch nach Vorliebe des Maschinisten/Werkstatts variieren.

„Beim Planfräsen wird die optimale Kombination aus Spanbildungsbedingungen und Belastung der Zähne des Fräsers beobachtet, wenn die Schnittbreite 70 bis 80 Prozent des Fräserdurchmessers beträgt“, sagte Andrei Petrilin, technischer Leiter für ISCAR Tools, Oakville, Ontario.

Laut Petrilin bleibt dieses Verhältnis von Schnittbreite zu Werkzeugdurchmesser sowohl beim Schruppen als auch beim Schlichten gleich.

„Beim Grobfräsen liegt der Schwerpunkt auf hohen Zerspanungsraten [MRR], während beim Schlichtfräsen eine präzise Genauigkeit der gefrästen Oberfläche gewährleistet ist. Das Schlichtfräsen zeichnet sich im Vergleich zum Schruppfräsen durch deutlich geringere Schnitttiefen und höhere Werkzeugpräzisionseigenschaften aus. Dennoch bleibt das empfohlene Verhältnis zwischen Schnittbreite und Fräsdurchmesser gleich“, sagte er.

Todd Rucker, Technikleiter des technischen Zentrums, Division Wendeschneidwerkzeuge, KYOCERA Precision Tools, Hendersonville, North Carolina, rät ebenfalls zu einem großen Auftrag.

Eine effektive Spanabfuhr ist ein Schlüsselfaktor für hohe Leistung und längere Standzeiten beim Planfräsen. ISCAR-Tools

„Ich empfehle generell, und das gilt für jeden Planfräser, dass man mindestens 50 Prozent des Fräserdurchmessers eingreifen sollte. Wenn Sie den Durchmesser des Fräsers mindestens zur Hälfte erreichen, treffen Sie auf den starken Teil der Schneide der Wendeschneidplatte“, sagte er.

Mit anderen Worten: Wenn Sie mit mindestens dem halben Durchmesser des Werkzeugs arbeiten, dann trifft jede Wendeschneidplatte, die in den Schnitt kommt, auf die stärkste Stelle einer Wendeschneidplatte.

„Statt beim Auftreffen auf das Material im 90-Grad-Winkel auf die Wendeschneidplatte zu treffen, wo diese am stärksten ist, wird die Wendeschneidplatte übermäßig abgenutzt und kann sogar beschädigt werden. Deshalb empfehlen wir generell ein Engagement von mindestens 50 Prozent“, sagte Rucker.

Wenn Sie mit Ihrer Mühle mehrere Durchgänge durchführen, sollten Sie auf die Erstellung von Aufnahmelinien achten. Während der Fräser das Teil durchquert, entsteht durch die Verformung des Materials ein winziger „Rippen“.

„Dies ist einer der größten Nachteile beim Planfräsen, wenn mehrere Durchgänge durchgeführt werden müssen“, sagte Rucker. „Zwischen den Durchgängen entsteht immer eine Art Aufholjagd. Um dies zu minimieren, müssen Sie darauf achten, wie Ihre spezifischen Fräser konstruiert sind. Diejenigen, die strenger toleriert werden, sind die besten.“

Die Verwendung einer einzelnen Wiper-Wendeschneidplatte in der Wendeschneidplattengruppe kann auch dazu beitragen, die Oberflächengüte zu verbessern, die beim Fräsen entsteht. Laut Rucker kommt nur eine einzige Wiper-Wendeschneidplatte zum Einsatz, egal wie viele andere Wendeschneidplatten sich im Fräser befinden.

Vergessen Sie nicht, Ihre Spindellast zu überwachen. Wie bei jedem anderen Fräsvorgang kann es ein Hinweis darauf sein, dass etwas nicht stimmt.

Die Auswahl von Typ, Form, Beschichtung und Güte einer Wendeschneidplatte hängt von mehreren Faktoren ab. Diese Entscheidungen wirken zusammen und sind voneinander abhängig, um ihre Ziele zu erreichen (normalerweise, aber nicht immer, was einen hohen MMR oder eine feine Oberflächengüte bedeutet).

„Eine Wendeschneidplatte ist kein separates Element, sondern ein integraler Bestandteil des Gesamtsystems“, sagte Petrilin. „Beim Schruppfräsen wird beispielsweise durch den Einsatz von Planfräsern eine hohe MRR angestrebt, die größere Schnitttiefen unter harten Schnittbedingungen [hohe mechanische und thermische Belastungen] ermöglicht. Bei der Verwendung von Wendeschneidplattenfräsern ist die maximale Schnitttiefe eine Funktion der Plattenabmessungen, die wiederum die erforderliche Plattengröße bestimmen. Um einen möglichst wirtschaftlichen Einsatz der Wendeschneidplatte zu erreichen, bedarf es des effektiven Einsatzes der Schneide. Wenn die Schnitttiefe mindestens 70 Prozent der Schneidlänge der Wendeschneidplatte erreicht, ist ein hocheffizientes Ergebnis gewährleistet.“

Hartmetalleinsätze können ein- oder doppelseitig sein, was sich natürlich auf die Anzahl der verwendbaren Wendeschneidkanten auswirkt. Beim Schruppen ist die Wendeschneidplatte aufgrund des großen DOC einer hohen Belastung ausgesetzt. In Kombination mit einem maximalen Vorschub pro Zahn erhöht sich diese Belastung. Zum Schruppen verwendete Wendeschneidplatten sollten robust sein.

Die Sichtprüfung ist nach wie vor eine gängige Methode zur Verschleißprüfung. ISCAR-Tools

Wendeschneidplatten mit einem Eintrittswinkel von 45 Grad haben einen Spanverdünnungseffekt, der eine höhere Produktivität ermöglicht, unter anderem weil sie Vibrationen reduzieren, insbesondere bei Aufspannungen mit langen Überhängen.

Wendeschneidplatten mit einem 90-Grad-Einstellwinkel werden verwendet, wenn eine 90-Grad-Form hergestellt werden muss. Auch beim Fräsen dünnwandiger Bauteile können sie erfolgreich eingesetzt werden.

„Ein Einsatz macht wahrscheinlich weniger als 2 Prozent der gesamten Herstellungskosten aus“, sagte Rucker. „Es kommt darauf an, wie viele Teile man herstellen kann. Es geht um den Metallabtrag, gemessen in Zoll pro Minute. Sorgen Sie sich mehr um Ihre Zerspanungsraten als darum, wie oft Sie Ihre Wendeschneidplatten indexieren.“

Die Mathematik funktioniert. Je mehr Material Sie pro Minute entfernen, desto mehr Teile fertigen Sie und desto mehr Geld kann Ihr Betrieb an einem Tag verdienen.

Eine gute Fräsplatte benötigt eine robuste Sorte, aber auch andere Faktoren spielen eine Rolle. Besonders beim Planfräsen sollten Sie sich für eine Wendeschneidplatte mit PVD-Beschichtung entscheiden. Allerdings kann diese Regel für bestimmte Materialien gebrochen werden. Beim Fräsen von Gusseisen kann beispielsweise eine CVD-beschichtete Wendeschneidplatte verwendet werden, da Gusseisen in der Regel nicht so schwer zu bearbeiten ist wie andere Metalle.

„Fräsarbeiten sind viel einfacher, wenn man die Sorte richtig wählt“, sagt Rucker. „Wir haben eine Sorte für Stahl und eine weitere Sorte speziell für Edelstahl. Einige der Stahl- und Edelstahl-Crossover, insbesondere wenn es sich um einen Edelstahl der 300er-Serie handelt. Aber wenn Sie sich für einen pH-Edelstahl entscheiden, werden Sie eine andere, härtere Sorte wollen.“

Auch für Hochtemperaturlegierungen gibt es spezielle Sorten. Sie müssen die Empfehlung des Herstellers beachten.

Bei der Auswahl eines Fräsers müssen Sie entscheiden, wie viele Wendeschneidplatten im Schnitt aktiv sein sollen. Weniger Einsätze im Fräser bedeuten weniger Werkzeugdruck, aber auch weniger Metallabtrag.

Einige Werkzeughersteller bezeichnen ihre Fräser als grob, fein und extrafein. Für Ihre spezielle Operation eignet sich wahrscheinlich einer dieser drei Schneider. „Grob“ ist die niedrigste Anzahl an Einfügungen, „Fein“ erhöht die Anzahl der Einfügungen und „Extrafein“ erhöht die Anzahl noch weiter, typischerweise bei einem Sprung um zwei Einfügungen.

„Ein Fräser mit feinerer Teilung hat wahrscheinlich mehr Wendeschneidplatten“, sagte Rucker. „Wenn Sie zwei weitere Wendeschneidplatten an diesem Fräser anbringen, müssen Sie auch mehr Nuten an diesem Fräser anbringen. Das kann die Spanabfuhr beeinträchtigen.“

Fräsvorgänge sind viel einfacher, wenn Sie den Fräser, die Sorte, die Wendeschneidplatte und die Beschichtung richtig auswählen.

Steigung und Nutenzahl beeinflussen den Werkzeugdruck. Dies könnte den Unterschied zwischen der Notwendigkeit, das Projekt auf einer 40-Kegel-Maschine oder einer 50-Kegel-Maschine auszuführen, ausmachen.

Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe werden abhängig vom zu bearbeitenden Material, der Wendeschneidplatte mit all ihren Variablen und der allgemeinen Betriebsstabilität eingestellt. Das Fräsen mit falschen Geschwindigkeiten und Vorschüben führt zu schlechter Schnittleistung, verkürzter Werkzeugstandzeit und sogar zum Ausfall des Werkzeugs.

Während der Vorbearbeitungs- oder Testphase werden Bedingungen geschaffen, um die Lebensdauer der Wendeschneidplatte zu bestimmen und herauszufinden, wie viele Teile oder Teiloberflächen gefräst werden können, bevor die Wendeschneidplatte indexiert werden muss. Alle Wendeschneidplatten im Fräser sollten zu diesem Zeitpunkt indexiert sein.

Die meisten Wendeschneidplatten verfügen über nummerierte Ecken, damit der Maschinist den Überblick darüber behalten kann, ob die Wendeschneidplatte indexiert wurde oder nicht. Beginnen Sie mit Kante Nr. 1 und fahren Sie mit jeder nummerierten Kante fort, bis die gesamte Beilage verbraucht ist. Dadurch lässt sich die Anzahl der durchgeführten Indizes leichter verfolgen.

„Bei jedem [neuen] Schneidvorgang sollte sich der Maschinist auf die Empfehlungen des Werkzeugherstellers als Grundlage für die Schätzung der Werkzeuglebensdauer verlassen und dann die Werkzeuglebensdauer „anpassen“, indem er die Schneidkanten der Einsätze visuell auf Verschleiß prüft.“ sagte Petrilin. „Unter Werkstattbedingungen basieren die Indikatoren für den Austausch oder die Indexierung der Wendeschneidplatten auf der visuellen Inspektion der Wendeschneidplatten, einem erhöhten Stromverbrauch, Veränderungen in der Oberflächenqualität der bearbeiteten Oberflächen, Gratbildung, Vibrationen und sogar einer Veränderung des erzeugten Geräusches .“

Die Werkzeugstandzeit wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter den verwendeten Geschwindigkeiten und Vorschüben, dem DOC, den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Materials und der Konfiguration der Werkzeugmaschine. Eine wackelige Werkstückhaltung kann ebenso schädlich für den Verschleiß der Wendeschneidplatte sein wie das Betreiben des Werkzeugs mit falschen Schnittdaten.

Maschinisten streben ständig nach einer längeren Lebensdauer ihrer Einsätze, aber die Vorhersehbarkeit ist bei vielen Einsätzen genauso wichtig, wenn nicht sogar noch wichtiger.

„Die Vorhersagbarkeit der Standzeit des Wendeschneidplattenwerkzeugs ist ein wichtiger Faktor für erfolgreiches Schneiden. Es sorgt für stabile Bearbeitungsergebnisse, ermöglicht eine effektive Prozessplanung und trägt wesentlich zur Reduzierung der Produktionskosten bei“, sagte Petrilin.

„Das größte Problem bei Fräseinsätzen ist das Einkerben“, sagte Rucker. „Das passiert häufig, wenn die Schnitttiefenlinie der Wendeschneidplatte immer wieder an der gleichen Stelle getroffen und beschädigt wird. Die Sache mit dem Einkerben ist, dass es sich tatsächlich um eine sichtbare Einkerbung handelt, die vielleicht zu schlecht aussieht, aber irgendwann müssen Sie den Einsatz umdrehen, denn wenn Sie das Einkerben fortschreiten lassen, bricht die Ecke des Einsatzes.“

Das nächste beim Planfräsen häufig auftretende Verschleißmuster ist der Kolkverschleiß.

Planfräsen mit einer Schnittbreite von 70 bis 80 Prozent des Fräserdurchmessers bietet die optimale Kombination für Spanbildung und Fräserbelastung. ISCAR-Tools

Kraterverschleiß entsteht, wenn die Späne immer wieder über die Wendeschneidplatte gespült werden, bis auf der Oberseite der Wendeschneidplatte ein Krater entsteht.

Sowohl Kerb- als auch Kolkverschleiß können zu einem katastrophalen Ausfall einer Wendeschneidplatte führen und den Bearbeitungsprozess unnötigerweise stoppen, was zu ungeplanten Ausfallzeiten führt.

Die Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Spanabfuhr ist ein Schlüsselfaktor für erfolgreiches Planfräsen. Dies kann auf verschiedene Arten erfolgen, je nachdem, ob Sie nass oder trocken schneiden.

Verwenden Sie Geometrie. Laut Petrilin trägt die Gestaltung der Spanfläche einer Wendeschneidplatte sowohl zur Spanbildung als auch zum Spanfluss bei. Spanspaltende und spanzerkleinernde Formen an der Schneidkante einer Wendeschneidplatte teilen breite Späne in kleine Segmente, was die Spanabfuhr erleichtert.

Verwenden Sie Kühlmittel. Um die thermische Belastung der Werkzeugschneide zu reduzieren, wird Kühlmittel benötigt. Das ist jedoch noch nicht alles.

„Eine weitere wichtige Funktion des Kühlmittels ist die Schmierung, die den Materialabtrag und den Spanfluss verbessert“, sagte Petrilin.

Kühlmittelverwendungsstrategien und Kühlmittelauswahl hängen vom Werkstückmaterial und der Werkzeugauswahl, einschließlich der Materialbeschaffenheit, ab.

„Die Kühlmittelstrategie ist wichtig“, sagte Petrilin. „Beispielsweise entstehen durch Hochdruckkühlung (HPC) dünne, handliche Chips. Die Minimalmengenschmierung (MMS) beim nahezu trockenen Fräsen sorgt dafür, dass das bearbeitete Werkstück und die Späne nahezu trocken sind, was die Teilereinigung und Späneentsorgung viel einfacher und schneller macht.“

Verwenden Sie Luft. Beim echten Trockenschneiden kann die Spanabfuhr manchmal durch einen Luftstoß unterstützt werden. Die Entscheidung für die Verwendung von Kühlmittel hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich des zu schneidenden Materials und den Vorlieben einer Werkstatt. Auch Expertenmeinungen gehen auseinander.

Bei der Verwendung von Kühlmittel kühlt ein heißer Einsatz sehr schnell ab, was zu einem Thermoschock führt. Laut Rucker erhöht dieser Thermoschock den Verschleiß und verringert die Standzeit des Werkzeugs.

„Kühlmittel und Fräsen vertragen sich im Allgemeinen nicht“, sagte Rucker. „Wir empfehlen, bei keinem Fräsvorgang Kühlmittel zu verwenden, außer beim Fräsen von Hochtemperaturlegierungen. Bei Bauteilen auf Titan- oder Nickelbasis entweicht die beim Schneiden entstehende Wärme nicht aus der Arbeitszone im Span.“

Wenn diese erzeugte Wärme im Werkstück verbleibt, werden diese ISO S-Metalle kaltverfestigt.

„In diesen Fällen empfehlen wir auf jeden Fall die Verwendung von Kühlmittel“, sagte Rucker.

Alle drei dieser Optionen werden verwendet, um den Werkzeugweg frei zu halten und das Werkzeug zu schneiden. Wenn sich immer wieder Späne zwischen dem Fräser und der bearbeiteten Oberfläche festsetzen, ist es möglicherweise an der Zeit, den Prozess als Ganzes zu betrachten. Eingeschlossene Späne verringern die Oberflächenqualität, verursachen Vibrationen und verringern die Gesamtleistung des Fräsers.

Laut Petrilin beschränken sich die bei der Bearbeitung entstehenden Schnittkräfte auf den Widerstand des bearbeiteten Materials gegenüber dem Schneidwerkzeug.

Diese Schnittkräfte werden in drei Varianten unterteilt: tangential, radial und axial. Die tangentiale Schnittkraft bestimmt den Stromverbrauch, und die beiden anderen beeinflussen die Belastung des Fräsers entlang seiner Achse und radial zu seiner Achse.

Der Zusammenhang zwischen diesen Kräften hängt hauptsächlich von der Schneidengeometrie des Fräsers und dem Winkel der Schneide ab. Eine Verkleinerung des Schneidkantenwinkels führt beispielsweise zu einer höheren axialen Schnittkraft und einer geringeren radialen Schnittkraft. Eine Vergrößerung des Schneidkantenwinkels verringert die Axialkraft, führt jedoch zu einer höheren Radialkraft.

Petrilin sagte, dass der Schneidenwinkel des Schneidwerkzeugs ein Konstruktionsmerkmal von Planfräsern sei, das in direktem Zusammenhang mit seiner Anwendung stehe. Wenn beispielsweise ein Planfräser für die Bearbeitung offener Planflächen gedacht sei, sei ein Fräserdesign mit einem 45-Grad-Winkel vorzuziehen, sagte er. Wenn die Fräsflächen jedoch durch eine Schulter begrenzt werden, sind 90-Grad-Fräser erforderlich.

Auch die Art des Fräsvorgangs spielt eine Rolle. Das Schruppfräsen mit Hochvorschubfräsen sollte laut Petrilin mit Fräsern mit einem Schneidkantenwinkel von 10 bis 17 Grad durchgeführt werden.

Planfräser werden konstruktionsbedingt mit Wendeschneidplatten kombiniert, die die durch diese Kräfte erzeugte Belastung aufnehmen, unabhängig davon, ob sie radial oder axial sind, um sicherzustellen, dass Maschinenbearbeiter die gewünschte Leistung und Werkzeugstandzeit erhalten.

Herausgeber Joe Thompson ist unter [email protected] erreichbar

ISCAR Tools, www.iscar.ca

KYOCERA Precision Tools, www.kyoceraprecisiontools.com