In der modernen Formenbau- und Fertigungstechnik führen die steigenden Anforderungen an Ästhetik und Funktionalität neuer Produkte in Branchen wie Maschinenbau, Elektronik, Automobilindustrie und Haushaltsgeräte dazu, dass immer komplexere Bauteile die Formflächen von Werkzeugen zunehmend verkomplizieren und der Anteil freier Flächen stetig wächst – eine Entwicklung, die höhere Anforderungen an die Werkzeugbearbeitungstechnologie stellt. Aufgrund der komplexen Werkzeuggeometrie und der hohen Präzisionsanforderungen weisen die Formflächenmerkmale sowie die Materialien in den einzelnen Bereichen erhebliche Unterschiede auf, sodass auch unterschiedliche Fräswerkzeuge zum Einsatz kommen; im vorliegenden Beitrag werden typische Bearbeitungsbeispiele für Fräswerkzeuge im Formenbau kurz vorgestellt.

(1) Grobbearbeitungsfräser der XMR01-Serie von Zhuzhou Diamond

(1) Anwendungsbereiche. Großvorschubfräser finden in der Formenbauindustrie eine breite Anwendung; ihre Bearbeitungseffizienz übertrifft die von Profilfräsern. Fräser mit viereckigen Schneidplatten werden hauptsächlich für die Flächenfräsung eingesetzt, während Fräser mit W-förmigen Schneidplatten vorwiegend bei der Hohlraumfräsung zum Einsatz kommen.

(2) Merkmale des Werkzeugs

1) Hohe Zerspanungsleistung: Durch den geringen Hauptneigungswinkel der kleinen Schneidplatten wird die beim Zerspanen entstehende Radialkraft verringert, wodurch die Werkzeugvibrationen auf ein Minimum reduziert und die Vorschubgeschwindigkeit erheblich erhöht werden.

2) Kann in den meisten Anwendungen die herkömmliche Rundschneide ersetzen; im Vergleich zur Rundschneide weist sie einen kleineren Hauptneigungswinkel und eine breitere Schärfkante auf, wodurch das Rohteilmaterial mit hoher Effizienz abgetragen werden kann.

3) Bei Schrägflächenbearbeitung und Spiralbearbeitung ist eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit erforderlich; beim Bohren ist der axialen Vorschub auf weniger als 0,2 mm/Umdrehung einzustellen, da lange Späne abgesprengt werden können – hier ist besondere Vorsicht geboten; bei der Spiral-Bohrung darf die wöchentliche Rückenschneidtiefe nicht den maximal zulässigen Rückenschneidwert ap überschreiten; S-förmige Schneidplatten können zudem auch im Stichfräsen eingesetzt werden (siehe Abbildung 4-93).

Abbildung 4-93 Schrägflächen- und Schraubenbearbeitung

4) Es gibt zwei Typen von Schneidplatten: Z-förmig und S-förmig; die Montageanschlüsse sind entweder mit geradem Schaft oder in Form eines Hülsenanschlusses mit Endbolzen.

(3) Beschreibung der Merkmale der Fräser der XMR01-Serie. Ein charakteristisches Merkmal von Hochvorschub-Werkzeugen besteht darin, dass die Hauptschneidkraft in axialer Richtung abgeleitet wird, wodurch die radiale Komponente erheblich verringert und die Schlagfestigkeit des Werkzeugs verbessert wird. Darüber hinaus trägt diese Bauweise bei Fräsungen mit großem Auskragungswert wirksam zur Reduzierung von Vibrationen bei (siehe Abbildung 4-94).

Abbildung 4-94 Fräser der XMR01-Serie

a) Montagezeichnung der Fräsmaschine b) Schneidplatte c) Bearbeitungsdiagramm

(4) Typische Anwendungsbeispiele für Werkzeuge der XMR01-Serie (Werkzeugbearbeitung)

1) Kundenname: Ein inländisches Formenbauunternehmen.

2) Teilename: Mulde.

3) Bearbeitungsmaterial: 45-Stahl.

4) Kühlverfahren: Trockenbetrieb.

5) Bearbeitungsverfahren: Gleichhöhen-Vorfräsen.

6) Werkzeug: XMR01-063-A22-WP08-04, Schneidplatte: WPGT080615ZSR, Schneidplattenmarke: YBM351.

7) Ursprünglich verwendetes Werkzeug: TXP08-63-22 (eine ausländische Marke); ursprünglich verwendete Schneidplatte: RB7025/XPKT08T516TR.

8) Schnittdaten: vc = 800 U/min, ap = 1,2 mm, vf = 4000 mm/min.

9) Testergebnisse: Die Werkzeugbearbeitung dauerte 180 Minuten, die Bearbeitung mit RB7025 157 Minuten; die Zerspanungsleistung ist besser als bei importierten Werkzeugen dieser Marke.

(5) Typische Anwendungsbeispiele für die XMR01-Serie von Schneidwerkzeugen (Bearbeitung von geschmiedetem Stahl)

1) Kundenname: Ein inländisches Unternehmen für Schwerindustriemaschinen.

2) Teilbezeichnung: Form für die Schutzplatte des Autotanks.

3) Verarbeitetes Material: Schmiedestahl 55.

4) Kühlmethode: Trockenbearbeitung.

5) Bearbeitungsverfahren: Flachfräsen; Schraubeninterpolationsbearbeitung.

6) Vordurchmesser: φ45 mm, Schneiddurchmesser: 115 mm, Gesamtbearbeitungstiefe: 60 mm.

7) Werkzeug: XMR01-063-A22-WP08-04, Schneidplatte: WPGT080615ZSR, Schneidplattenmarke: YBG212.

8) Ursprünglich verwendete Werkzeuge: FCP05 X65.080AN-1 (eine ausländische Marke), Schneidplattenbezeichnung: LC280TT (eine ausländische Marke).

9) Zerspanungsparameter: n = 610 U/min, vc = 120 m/min, ap = 2 mm, vf = 1500–2000 mm/min.

10) Bearbeitungsergebnisse: Flächenfräsen: Das Werkzeug zeigt im Probebearbeitungsprozess eine gute Leistung; die an der Werkzeugaufnahme montierten Schneidplatten weisen geringen Verschleiß auf, es treten keine Bruchkanten auf, und das Werkzeug weist eine hohe Steifigkeit und Zähigkeit auf. Spiralinterpolationsfräsen: Im Probebearbeitungsprozess liefert das Werkzeug ebenfalls gute Ergebnisse, wobei sich seine Leistung beim Spiralinterpolationsfräsen besonders hervorhebt – die Schneidplatten zeigen einen gleichmäßigen Verschleiß, und das Werkzeug verfügt über hohe Steifigkeit und Zähigkeit.

11) Bei der Flachfräsung und der Spiralinterpolationsfräsung weist das im Test eingesetzte XMR-Werkzeug insgesamt eine bessere Leistung als das importierte Werkzeug dieser Marke auf.

(2) Präzisionsfräser mit Kugelkopf für die Feinbearbeitung von Formen von Oushi Machinery

Oushiji hat den wendbaren Präzisionskugelkopffräser PFB entwickelt (siehe Abbildung 4-95), um den ständig wachsenden Bearbeitungsanforderungen in der Formenbauindustrie gerecht zu werden. Der PFB ist in drei verschiedenen Schafttypen erhältlich: Stahlschaft, Kurzschaft aus Hartmetall sowie Langschaft aus Hartmetall; die Schaftdurchmesser reichen von φ8 bis φ32 mm.

Abbildung 4-95 Kugelkopffräser PFB

Gleichzeitig stehen vier verschiedene Schneidplattenmaterialien zur Auswahl; je nach den spezifischen Bearbeitungsbedingungen und dem zu bearbeitenden Werkstoff kann der Kunde die am besten geeignete Schneidekörper- und Schneidplattenausführung wählen, wie in Tabelle 4-22 und Tabelle 4-23 dargestellt.

Tabelle 4-22 Schneideleistung

Tabelle 4-23 Konkrete Bearbeitungsergebnisse von PFB

(3) Fräser mit hoher Vorschubgeschwindigkeit für hohe Berge

Bei der Schnellvorschubfräsung weist das Schneidwerkzeug einen geringen Hauptneigungswinkel auf, wodurch die radiale Belastung des Fräsers geringer und die axiale Belastung größer ist; dadurch ist das Risiko von Vibrationen während des Bearbeitungsprozesses niedriger, und die Bearbeitung verläuft besonders stabil. Insbesondere bei langen Auskragungen des Werkzeugs kann aufgrund der geringeren Vibrationen ein relativ hoher Schnittparameter gewählt werden. Schnellvorschubfräswerkzeuge zeichnen sich durch einen kleinen Hauptneigungswinkel und eine geringe Aufnahme der Schnitttiefe aus; gleichzeitig ist jedoch der schneidende Teil der Schneide relativ lang, was zu einer höheren Schneidkantenfestigkeit führt. Bei dieser Bearbeitungsweise ist der Vorschub pro Zahn groß und die Vorschubgeschwindigkeit hoch; dies trägt dazu bei, die Entstehung von Kaltverfestigung zu verringern und die anhaltende Akkumulation von Schnittwärme im Werkzeugkörper zu reduzieren; daher eignet sie sich besonders für das Zerspanen schwer bearbeitbarer Werkstoffe wie Hochtemperaturlegierungen.

1. Jabro-Vollhartfräser mit schneller Vorschubgeschwindigkeit – eine perfekte Werkzeugreihe für kleine Werkstücke und enge Hohlräume (siehe Abbildung 4-96). Der JHF980 eignet sich für die Bearbeitung von Stahl, Edelstahl, Gusseisen und Superlegierungen. Der JHF180 ist für die Bearbeitung gehärteten Stahls geeignet.

Abbildung 4-96 Jabro-Vollhartmetall-Fräser mit schneller Vorschubgeschwindigkeit

2. Der Minimaster „Kleiner Teufel“ mit Schnellvorschub für Fräser im Durchmesserbereich von φ8 bis φ12 mm: Jabro-Vollhartmetall-Stirnfräser weisen eine höhere Steifigkeit auf und sind daher vor allem für Anwendungen mit geringen Schneidtiefe zu empfehlen.

Der Minimaster „Kleiner Teufel“ (siehe Abbildung 4-97) bietet eine hervorragende Flexibilität: Für jeden Durchmesser ist eine unterschiedliche Schaftform verfügbar, sodass sich die optimale Werkzeuglänge für die jeweilige Anwendung auswählen lässt.

Abbildung 4-97 Minimaster „Kleiner Teufel“ mit Schnellvorschub-Fräser

3. R217/220.21 Konvexdreieck-Serie für Schnellvorschubfräser – Serie mit festem Schneidehalter, einschließlich Schaftfräser und Scheibenfräserkörper. Geeignet für Anwendungen wie Flachflächenfräsen, Nutenfräsen, Spiralinterpolationsfräsen und Stufenfräsen.

R220.21: Fräskörper für Scheibenfräser.

R217.21: Verschiedene Formen von Schneidstangen.

218.19-Schneidplatten: Erhältlich in vier verschiedenen Ausführungen, die einen Durchmesserbereich von φ16 bis φ208 mm abdecken. Eine breite Auswahl an Schneidegeometrien und Werkstoffklassen ermöglicht den Einsatz für alle Materialarten (siehe Abbildung 4-98).

Abbildung 4-98 R217/220.21 Konvexdreieck-Serie für Schnellvorschubfräser

4. SC12-Quadrat-Schnellvorschub-Serie, SCET120630T-Wendeschneidplatte: Dicke von 6,35 mm. Die Wendeschneidplatte weist einen Radius der Schneidkante von 3,0 mm auf. Sie ist hauptsächlich für schwerlastige Grobbearbeitungsanwendungen unter stabilen Bearbeitungsbedingungen vorgesehen. Geeignet für Fräsoperationen, bei denen das Werkzeug in einer liegenden Position relativ zum Werkstück eingesetzt wird (siehe Abbildung 4-99).

Abbildung 4-99 SC12-Serie mit schneller Vorschubbewegung für quadratische Werkstücke

5. Die Hochvorschubfräser der Serien HF2 und HF4 mit L‑Form‑Schafts­schneidplatten sind eine neue Reihe von Werkzeugen mit kleinem Durchmesser und hohem Vorschub, die darauf ausgelegt sind, modernen CNC‑Werkzeugmaschinen eine außergewöhnlich hohe Produktivität zu bieten. Der große Querschnitt und die erhöhte Dicke der Schneidplatten sorgen für eine höhere Festigkeit; die Außenkreisbogenform verhindert das Mikroabplatzen der Schneidkante. Zudem gewährleistet das „ausgezeichnete dynamische Ausgleichsdesign“ des Werkzeugschafts und der Schneidplatte ein reibungsloses Spanabtransportverhalten beim Profilfräsen von Hohlprofilen – insbesondere bei Verwendung von lang auskragenden Schaftwerkzeugen. Zweischneidige Schneidplatten des Typs LO bieten eine noch höhere Bearbeitungseffizienz und Wirtschaftlichkeit. Darüber hinaus sind entsprechende Maße im Zollsystem sowie eine umfassende Palette an Schneidplattenmaterialien und -geometrien verfügbar, sodass ein breites Werkstoffspektrum abgedeckt wird, darunter gehärteter Stahl, Edelstahl und Hochtemperaturlegierungen (siehe Abbildung 4‑100).

Abbildung 4-100 Schnellvorschubfräser der Serien HF2 und HF4

6. Die HF6-Doppelseiten-konvexe-Dreieck-Serie verfügt über ein Design mit sechs wirksamen Schneidkanten sowie drei Nutgeometrien – ME13, M15 und MD17 –, die in Kombination mit verschiedenen Schneidplattenmaterialien für unterschiedliche Werkstoffe eingesetzt werden (siehe Abbildung 4-101).

Abbildung 4-101 HF6 doppelseitige konvexe Dreiecksserie

7. Die doppelseitige Wang-Schnellvorschub-Wendeschneidplatte der ON09-Serie verfügt über 16 wirksame Schneidkanten. Dank ihrer einzigartigen Plattenhalterkonstruktion bietet sie hohe axiale und radiale Genauigkeit, eine längere und vorhersehbare Werkzeuglebensdauer sowie eine hervorragende Wirtschaftlichkeit durch den Einsatz derselben Wendeschneidplatte R220.48-ON09 wie bei den doppelseitigen Wang-Fräsern – mit 16 wirksamen Schneidkanten – und ermöglicht zudem eine Reduzierung des Plattenlagers (da dieselbe Plattentypologie wie bei den doppelseitigen Wang-Fräsern verwendet wird). Darüber hinaus sorgt die nickelbeschichtete Werkzeugkörperoberfläche für eine längere Lebensdauer des Werkzeugkörpers (siehe Abbildung 4-102).

Abbildung 4-102 Serie ON09

a) Lokale Montagezeichnung des Fräsers b) Montagezeichnung des Fräsers

(4) Taikelo-Fräser

1. DoFeed-Fräser mit großem Vorschub

(1) Produktbeschreibung. Der DoFeed-Fräser mit großem Vorschub (siehe Abbildung 4-103) wird seit seiner Einführung in breitem Umfang in den Bereichen Werkzeugbau, Luft- und Raumfahrt sowie Energieerzeugung eingesetzt und eignet sich für die effiziente Schruppbearbeitung von Flächenfräsungen, Nutfräsungen, Formhohlraumfräsungen, Schrägflächenfräsungen, Stichfräsungen sowie Spiralfräsungen in Werkstoffen wie Stahl, Edelstahl, Gusseisen, Titanlegierungen, Nickelbasislegierungen und gehärtetem Stahl.

Abbildung 4-103 DoFeed-Fräser mit großem Vorschub

(2) Produktmerkmale: Das äußerst wirtschaftliche Schneidplattenkonzept mit vier Schneiden sowie die Ausführung des Werkzeugkörpers mit Kühllochern gewährleisten einen reibungslosen Spanabtransport; die geometrische Konstruktion mit geringem Widerstand sorgt für vibrationsfreies Fräsen. Die EXN03-Fräse eignet sich für die effiziente Bearbeitung auf Maschinen mit mittlerer und kleiner Leistung, während die EXN06-Fräse für die effiziente Bearbeitung auf Maschinen mit mittlerer bis großer Leistung ausgelegt ist. Zudem stehen vier verschiedene Schneidplattentypen zur Auswahl, um den Anforderungen der Bearbeitung verschiedener Werkstoffe gerecht zu werden.

(3) Anwendungsbeispiele

1) Bezeichnung des Werkstücks: Luftfahrtstrukturbauteil (siehe Abbildung 4-104).

Abbildung 4-104 Luftfahrtstrukturbauteile

2) Werkstückmaterial: Titanlegierung.

3) Anwendung: Nutenfräsen.

4) Werkzeugmaschinen: MC-Bearbeitungszentrum, BT50-Spannzangen mit hoher Spannkraft.

5) Schneidflüssigkeit: wasserlöslich.

6) Schneidstange: EXN03R025M25.0-05, Schneideplatte: LNMU06X5ZER-ML AH725.

7) Schnittdaten: vc = 40 m/min, fz = 0,7 mm/Z, vf = 1790 mm/min, ap = 0,5 mm.

8) Schnitteffekt: Die Bearbeitungseffizienz ist 3,3-mal so hoch wie bei den zuvor verwendeten Werkzeugen.

 

2. TECOLO BallFinishNose Hochpräzisions-Werkzeug für die Profilfräsung von Formen

(1) Produktbeschreibung. Der hochpräzise, wendbare Formfräser BallFinishNose (siehe Abbildung 4-105) verfügt über eine einzigartige Spannvorrichtung und ein völlig neues Kühlmittelfördersystem; er hat sich als empfohlener Werkzeugtyp für die Bearbeitung in der Formenbauindustrie etabliert. Die asymmetrische Form der Schneidplattenpositionierung gewährleistet einen zuverlässigen Spannverschluss, was zu einer hohen Oberflächengenauigkeit sowie zu einer langen und stabilen Standzeit des Werkzeugs führt.

Abbildung 4-105 BallFinishNose hochpräzise, indexierbare Formfräse

(2) Produktmerkmale

1) Asymmetrische Schneidplatten erhöhen die Wiederholgenauigkeit der Wendeschneidplatten, gewährleisten minimalen Rundlauf und hohe Präzision.

2) Zwei Serien von Schneidplatten – Kugelkopf- und Abrundungsplatten – können den Bearbeitungsanforderungen der Formenbauindustrie gerecht werden.

3) Hochpräzise Kugelkopf-Schneidplatten können für hochpräzise 3D-Bearbeitungen eingesetzt werden.

4) Auf der Schneidplatte befinden sich Kanäle in drei Richtungen, die eine ausreichende Schmiermittelzufuhr zur Schneidkante gewährleisten.

(3) Anwendungsbeispiele

1) Bezeichnung des Werkstücks: Form für Automobilteile (siehe Abbildung 4-106).

Abbildung 4-106 Form für Automobilteile

2) Werkstückmaterial: SKD11 (60 HRC).

3) Anwendung: Profilbearbeitung.

4) Werkzeugmaschine: Horizontal-Bearbeitungszentrum, BT50-Spindelaufnahme.

5) Schneidflüssigkeit: Innenkühlung.

6) Schneidstange: EBFM20S20C220, Schneideplatte: ZFBM200R00-MJ AH710.

7) Schnittdaten: vc = 283 m/min, fz = 0,39 mm/Z, ap = 0,15 mm.

8) Bearbeitungsergebnis: Die Werkzeuglebensdauer hat sich um das 1,3-Fache erhöht.

 

(5) Pfeilsteinfräser

Schnellfräser werden auch als Hochvorschubfräser bezeichnet. Ihr Funktionsprinzip beruht auf der geometrischen Auslegung der Stirnflächenzähne, die die radiale Schnittkraft des Fräsers verringert und die axiale Schnittkraft erhöht. Auf diese Weise wird die hohe Druckfestigkeit von Hartmetall ausgenutzt, um eine schnelle Abtragung des Bearbeitungsüberschusses zu erreichen. Daher weisen Schnellfräser im Vergleich zu herkömmlichen Fräsern eine größere Auskragung und einen höheren Vorschub pro Zahn auf.

1. Schnellfräser mit wechselbaren Schneidköpfen

(1) Produktbeschreibung. Der wechselbare Fräskopf für senkrechte Fräser (siehe Abbildung 4-107) stellt eine der Entwicklungsrichtungen der Hartmetallfräser dar; zahlreiche weltweit führende Werkzeughersteller haben entsprechende Produkte auf den Markt gebracht. Aufgrund der Eigenschaften von Schnellfräsern sind sie weniger empfindlich gegenüber der Bearbeitungstiefe als herkömmliche Fräser, weshalb sie auch Nuten oder Flächen mit größerem Auskragungswert bearbeiten können. Verfügbare Ausführungen: φ8 mm, φ10 mm, φ12 mm, φ16 mm, φ20 mm und φ25 mm.

Abbildung 4-107 Schnellfräser mit wechselbarem Schneidkopf

a) Fräser und Fräserkopf b) Serienproduktion von Fräsern

(2) Produktmerkmale

1) Hohe Fertigungseffizienz; der Vorschub kann 1 bis 1,6 mm/Umdrehung betragen.

2) Es wird eine Kombination aus kurzem Konus und T-förmigem Gewinde zur Positionierung eingesetzt, was eine zuverlässige Verbindung, hohe Positioniergenauigkeit und eine Koaxialität von ≤ 0,015 mm gewährleistet.

3) Der Schneidstift ist mit einer Vielzahl von Schneidköpfen kompatibel.

4) Geringe Kosten – nach Verschleiß genügt es, die Schneidköpfe auszutauschen.

5) Die maximale Bearbeitungstiefe kann das Sechsfache des Durchmessers überschreiten.

(3) Anwendungsbeispiele

1) Bauteil: Gesamtimpeller mit nicht freiformiger Oberfläche (siehe Abbildung 4-108).

Abbildung 4-108 Gesamtradschaufel aus nicht freiformigem Oberflächenprofil

a) Laufradwerkstück b) Abbildung der Bearbeitungsstelle

2) Werkstoff der Bauteile: FV520B.

3) Bauteilabmessungen: φ16 mm Schnellfräser für das Grobschlichten der Laufradkanäle.

4) Bearbeitungsparameter: vc = 100 m/min, ap = 1 mm, ae = 16 mm, f = 1,6 mm/U.

5) Bearbeitungslebensdauer: Kontinuierliche Bearbeitung für 90 Minuten.

2. YESTOOLS Vollhartmetall-Schnellfräser

(1) Produktbeschreibung. Es werden europäisch importierte Hartmetallstangen mit ultrafeinen Körnungen eingesetzt, kombiniert mit geeigneten PVD-Beschichtungen auf Nanoskala sowie einer strengen Produktionsprozesskontrolle und einem rigorosen Nachbehandlungsverfahren für die Schneidkante, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Schneidkantenabplatzungen erheblich verringert wird und somit Bearbeitungen mit hohen Drehzahlen und hohen Vorschüben möglich werden (siehe Abbildung 4-109).

Abbildung 4-109 Vollhartmetall-Schnellfräser

a) Fräser b) Ansicht von unten des Fräsers

(2) Produktmerkmale

1) Hohe Produktionseffizienz.

2) Hohe Steifigkeit, Design mit großem Kerndurchmesser.

3) Schwingungsdämpfendes Design mit ungleichmäßigen Zahnabständen für stabile Bearbeitung bei großem Überstand und hohen Vorschüben.

4) Hochwertige TiAlN-Beschichtung – eine Kombination aus hoher Verschleißfestigkeit, niedrigem Reibungskoeffizienten und hoher Haftfestigkeit.

(3) Anwendungsbeispiele

1) Bearbeitete Teile: Ein militärisches Produkt.

2) Werkstoff der Bauteile: 42CrMo, vergütet auf 280–300 HBW.

3) Werkzeugspezifikation: φ10 mm, Bearbeitungstiefe 50 mm.

4) Bearbeitungsparameter: vc = 180 m/min, ap = 0,8 mm, ae = 10 mm, f = 1 mm/U.

5) Bearbeitungslebensdauer: 325 m.