Neue Dimensionen der Zerspanungsleistung beim Schruppen mit langen Auskraglängen im Werkzeug- u. Formenbau

Stefan Pick - HITACHI Tool -

Seit über zwei Jahrzehnten hat sich beim Schruppen von grösseren 3-D-Formen die Fräsbearbeitung mit runden Fräswendeplatten durchgesetzt. Mit einer Änderung der Frässtrategie, hin zu kleineren Zustellungen und höheren Vorschüben, ergab sich für den Fertiger eine enorm gesteigerte Produktivität gegenüber der herkömmlichen Fertigung mit grossen Zustellungen und sehr niedrigen Schnittparametern. Die Entwicklung neuer Hartmetallsubstrate und neuer Beschichtungen brachte weitere Fortschritte bzgl. Standzeiten und die Möglichkeit hoher Schnittgeschwindigkeiten in der Trockenbearbeitung.

Neue Massstäbe mit “Alpha Turbo”

HITACHI TOOL entwickelte eine aussergewöhnliche Fräserserie, die in der Volumenzerspanung mit langen torischen Werkzeugen neue Massstäbe setzt und beschäftigte sich nun mit dem grössten Nachteil einer runden Wendeplatte - dem Schneidenkontakt (Umschlingung) im Wand- u. Radienbereich der Kontur eines Werkstücks.

Bei Spantiefen von 0,5 x Wendeplattendurchmesser (1x R) ergibt eine runde Geometrie die Umschlingung eines Viertelkreises. Dies hat einen hohen radialen Druck zur Folge und führt zu grossen Problemen bei Auskragungen über 3 x D. Vibrationen führen zu Ausbrüchen der Schneidkanten und somit zu mangelhaften Standzeiten sowie fehlender Bearbeitungssicherheit. Der Anwender begegnet dieser Problematik in der Regel mit dem Einsatz sehr zäher Substrate (P40), kleinen z-Zustellungen und reduzierten Vorschüben. Lange Laufzeiten und ständige Werkzeugüberwachung sind die Folge.

Die neu entwickelte Wendeplattengeometrie der „Alpha Turbo“ - Serie von HITACHI TOOL ermöglicht es nun lange Fräswerkzeuge wesentlich wirtschaftlicher einzusetzen. „Alpha Turbo“ hat einen axialen Freiwinkel von 5° und reduziert somit erheblich die radialen Kräfte beim Fräsprozess (siehe Bild 2). Mit einem grossen Schneidenradius von R10 bzw. R15 hat das Werkzeug enorme Schneidkantenstabilität und kann mit extrem hohem Zahnvorschub eingesetzt werden. In der Praxis werden Zahnvorschübe bis ca. 3,5 mm pro Schneide realisiert und liegen um ein Vielfaches höher als die gängige Empfehlung für Rundplatten (0,15-0,8 mm/Z). Somit kann bereits bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten ein sehr hoher Gesamtvorschub erzielt werden. Die reduzierte Schnittgeschwindigkeit ergibt höhere Werkzeugstandzeiten bei höherer Zerspanungsleistung und vermindert die Werkstückerwärmung duch den Hitzetransport in den Span.

Prozessoptimierung von Plastiksspritzguss-Formen

Als Beispiele von Prozessoptimierungen können die Testreihen bei dem Formenbauunternehmen Alfred Härer, Lorch und der Gesenkschmiede Schneider, Aalen herangezogen werden. Bei dem renommierten Formenbauer Härer ergaben sich bei der Bearbeitung von Plastikspritzguss-Formen besonders mit langen Fräswerkzeugen die bereits angesprochenen Problematiken (Vibrationen etc. ).

Als besten Kompromiss für einen Wendeplattenfräser Ø 50 mm mit fünf runden Wendeplatten (Auskraglänge 200 mm - 4xD) stellte sich die Bearbeitung mit 3000 mm/min Vorschub bei Zustellungen von ap 0,7 mm (axial) und ae 40 mm (radial) heraus. Dies entsprach einer Zerspanungsleistung von ~ 85 cm³/min in Werkstoff 1.2343 bei ca. 60 min. Werkzeugstandzeit.

Mit „Alpha Turbo“ konnte die Fertigungszeit enorm reduziert werden. Die axiale Zustellung wurde auf ap 1 mm erhöht und der Gesamtvorschub wurde, bei niedrigerer Schnittgeschwindigkeit von 3000 mm/min auf 9000 mm/min gesteigert. Trotz Auskragung von 200 mm und einem Zahnvorschub von 2,5 mm/Zahn lag die Standzeit bei ca. 75 min. Statt 85 cm³/min wurden 360 cm³/min (+400%) Material zerspant. Somit ergab sich für Härer eine wesentlich gesteigerte Produktivität bei höherer Betriebssicherheit.

Prozessoptimierung im Schmiedegesenkbau

Neben dem Formenbau hat die neue Fräsergeneration Ihre Stärken im Schmiedegesenkbau. Ein Gemeinschaftsprojekt der Gesenkschmiede Schneider, dem Maschinenhersteller MAKINO und HITACHI TOOL setzte sich zum Ziel ein grosses Schmiedegesenk (Dia. 800 mm) möglichst mannlos und betriebsicher fertigen zu können.

Mit den bisherigen Rundplattenwerkzeugen war dies aufgrund langer Auskraglängen nicht wirtschaftlich. Durch den Einsatz von „ Alpha Turbo“ konnte die Schruppbearbeitung in hochfestem Werkzeugstahl (1.2714 mit einer Härte von 45 HRC ) wesentlich schneller als bisher und mit höchsten Standzeiten durchgeführt werden. Zum Einsatz kamen Fräser mit Durchmesser 63 u. 32 mm bei Auskragungen von ca. 4 x D. Bei Spantiefen von 0,8 mm wurden Vorschübe zwischen 4500 - 5000 mm/min. realisiert und die Wendeplatten von HITACHI TOOL erreichten Standzeiten von über 2 Stunden pro Schneide.

So brachte man die Schmiede dem Ziel einer zeitweise mannlosen Fertigung einen grossen Schritt näher.

Zusätzlich kamen neben der „Alpha Turbo“-Serie noch Wendeplatten-Kugelwerkzeuge sowie VHM-Radiusfräser aus dem Gesamtprogramm von HITACHI TOOL zum Einsatz. Insgesamt ergaben sich Zeiteinsparungen von über 33 % bei deutlich höherer Fertigungssicherheit. Dies bietet der Gesenkschmiede Schneider die Möglichkeit, auch in Zukunft, demimmer grösser werdenden Termindruck standhalten zu können.

Fünf Mal schneller

Generell betrachtet kann das Schruppen von 2-D bzw. 3-D-Konturen, je nach Voraussetzungen des Anwenders, bis zu fünf Mal schneller erfolgen als mit den bisherigen Rundplatten-Fräsern der heutigen Generation. Die Durchlaufzeiten tiefer, mittlerer bis grosser Formen und Gesenke können somit wesentlich verkürzt werden.

Da dem Faktor Zeit bereits heute, als auch verstärkt in der Zukunft , immer mehr Bedeutung zukommt, sind solche Fortschritte im Werkzeugsektor für jeden Anwender ein hilfreiches Mittel zur Sicherung seiner produktiven Fertigung. Ein interessanter Vergleich spiegelt die Leistungsfähigkeit der neuen Fräsergeneration wieder: In 10 Minuten können ca. 60-80 kg Werkzeugstahl zerspant werden - dies entspricht etwa dem Gewicht eines Erwachsenen.

Artikel erschienen in WT 71 auf Seite 30.