Frästechniken zur Verbesserung der Metallentfernungsrate

Experten teilen Taktiken, mit denen Maschinisten neue Werkzeuge und Techniken einsetzen können, um die Metallabtragungsrate (MRR) zu steigern.

Betriebe, die an der Maximierung der Metallabtragsrate (MRR) bei Fräsoperationen interessiert sind, können aus einer Reihe von Werkzeugen und Techniken wählen, die die Bank nicht sprengen und keine inakzeptablen Einbußen bei der Standzeit oder Bearbeitungsqualität erfordern.

Eine kürzlich eingeführte Materialinnovation zielt darauf ab, Geschwindigkeiten und Vorschübe beim Fräsen von Hochtemperaturlegierungen zu erhöhen, einer Gruppe von hochfesten Materialien, zu denen Titan, Inconel und PH-Edelstahl gehören. Diese neue Frässorte KCSM40 verbessert laut Kennametal aus Latrobe, Pennsylvania, das das Hartmetalleinsatzmaterial entwickelt hat, die Wärmebeständigkeit von Schneidwerkzeugeinsätzen, die zur Bearbeitung von Hochtemperaturlegierungen verwendet werden.

Einführung der Ti-6Al-4V-Fräsmaschine

Benutzer von Wendeschneidplatten aus KCSM40 bearbeiten jetzt Ti-6Al-4V mit 160 Fuß pro Minute an der Oberfläche, während sie in der Vergangenheit möglicherweise nur 140 SFM erreicht haben, und erhalten gleichzeitig eine längere Werkzeugstandzeit, sagt Scott Etling, Kennametals Director of Global Product Management for Wendeschneidplattenfräsen.

Etling weist darauf hin, dass Fräserkörper je nach Anzahl der Wendeschneidplatten im Fräser unterschiedliche „Dichten“ haben. Ein Fräser mit 4 Zoll Durchmesser könnte beispielsweise 8, 12 oder 15 Zähne haben, wobei ein 15-Zahn-Fräser dieser Größe als sehr dicht angesehen wird.

„Wenn Sie in der Lage sind, einen 15-Zahn-Fräser zu führen, verbessern Sie Ihre Produktivität, weil Sie mehr Zähne im Schnitt haben“, sagt er.

Je mehr Zähne der Fräser jedoch hat, desto mehr Spindelleistung wird benötigt, sodass einige Fräsmaschinen möglicherweise nicht die Leistung packen, die für einen Fräser mit höherer Dichte erforderlich ist. Und selbst wenn dies der Fall ist, ist die Fräsvorrichtung möglicherweise nicht steif genug, um der erhöhten Kraft standzuhalten, die diese Fräser erzeugen.

„Wir raten jedem, sich zu vergewissern, dass er seine Spindel versteht, seine Schnittkraftberechnungen durchführt und sich dann für den Fräser mit der höchsten Dichte entscheidet“, sagt Etling.

Besitzer von starren Maschinen, die mit einer Spindel mit niedriger Drehzahl ausgestattet sind, können einen „spiralförmigen“ Fräser wie den neuen Harvi Ultra 8X von Kennametal verwenden, der für eine längere Standzeit als herkömmliche Fräser bei hoher MMR ausgelegt ist. Wendelfräser verfügen über mehrere Reihen von Einsätzen.

Beispielsweise könnte ein spiralförmiger Fräser mit einem Durchmesser von 3 Zoll fünf Reihen haben, die mit jeweils 11 Einsätzen ausgestattet sind. „Mit 55 Wendeschneidplatten mit radialem Eingriff bearbeiten Sie mit herkömmlicher Vorschubgeschwindigkeit, tragen aber viel mehr Material ab“, sagt Etling.

Es ist auch wichtig, den richtigen Kühlmittelfluss, Druck und die richtige Viskosität zu verwenden, um die MRR beim Fräsen zu maximieren. „Werkzeugmaschinenhersteller haben großartige Maschinen entwickelt, und Benutzer sollten ihre Schneidwerkzeuge mit den höchsten Geschwindigkeiten und Vorschüben betreiben, die ihre Maschine zulässt“, sagt Etling.

Verbessern Sie die Spanbildung und MRR mit Kühlmitteln  

Sowohl die Produktionsgeschwindigkeit als auch die Bauteilqualität können sinken, wenn ein Fräsprozess mit der Spanabfuhr zu kämpfen hat. Der CoroMill QD-Fräser von Sandvik Coromant aus Fair Lawn, New Jersey, der zum Fräsen von Nuten mit einer Breite von bis zu 6 Millimetern ausgelegt ist, verwendet eine Geometrie und ein neuartiges Kühlmittelzufuhrsystem, um Probleme im Zusammenhang mit Spänen zu lösen.

Die Schneidplattengeometrie des QD erzeugt Späne, die dünner sind als die zu bearbeitende Nut. Diese Späne werden durch Kühlmittel ausgespült, das durch den Schneidkörper zu jeder Schneidkante geführt wird. Dieses System erhöht nicht nur die MRR, sondern erhöht auch die Standzeit der Werkzeuge und die Oberflächenqualität der gefrästen Komponenten erheblich, sagt Joseph DeRoss, Produktfrässpezialist bei Sandvik Coromant.

Sandvik Coromant weist auf Benutzerdaten hin, die zeigen, dass der QD Metall etwa 20-mal schneller entfernen kann als vergleichbare Schneidgeräte. Darüber hinaus berichtet das Unternehmen, dass die QD in einem Fall 75 Teile bearbeitete, bevor die Einsätze verschlissen waren, verglichen mit nur 10 Teilen bei einem Werkzeug eines Mitbewerbers.

Obwohl in diesem Fall dünnere Späne wünschenswert sind, weisen zu dünne Späne darauf hin, dass die Schneidwirkung und die daraus resultierende Hitze auf einen relativ kleinen Teil der Wendeschneidplattenkante beschränkt sind, was zu Kraterbildung, Flankenverschleiß und thermischen Rissen führen kann. Tatsächlich sind dünne Späne eine häufige Ursache für geringe Produktivität beim Fräsen und reduzierte Standzeiten.

Andererseits sind zu dicke Späne ein Hinweis auf sehr hohe Schnittkräfte, die zum Bruch der Wendeplatte führen können. Der Schlüssel liegt darin, die Vorschubgeschwindigkeit zu bestimmen, die die maximale Spandicke ergibt, aber die Wendeschneidplatten nicht überlastet.

„Wenn Sie die Chips andicken, legen Sie sie schneller auf den Boden; Außerdem erhalten Sie eine längere Werkzeuglebensdauer“, sagt DeRoss. Das Erreichen der richtigen Spandicke kann die Fräsproduktivität um 20 Prozent oder mehr steigern, fügt er hinzu.

Späne sollten immer dick sein, wenn ein Fräser in das Werkstückmaterial eintritt, und dünn am Austritt. Wenn ein Fräser jedoch so programmiert ist, dass er direkt in das Material eindringt, werden am Ausgang dicke Späne produziert, bis der Fräser vollständig in das Material eingreift. Die unerwünschten Folgen davon sind eine schlechte Oberflächenbeschaffenheit beim Eintritt und eine verkürzte Werkzeuglebensdauer sowie schrille Geräusche und übermäßige Vibrationen.

Laut DeRoss gibt es zwei Möglichkeiten, die Folgen des Schneidens mit geradem Eintritt zu vermeiden . Eine besteht darin, den Vorschub um 50 Prozent zu reduzieren, bis der Fräser vollständig im Eingriff ist. Die andere besteht darin, eine „Rolle“ in die Schneidbewegung zu programmieren. Diese Technik dreht den Fräser im Uhrzeigersinn, was die Wendeschneidplatten leichter in den Schnitt einführt, erklärt DeRoss. Die resultierende Spandicke am Ausgang ist immer null, sagt er, wodurch Probleme beim geraden Eintritt beseitigt werden, ohne die Vorschubgeschwindigkeit zu senken.

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Wechseln Sie zu High-Feed-Techniken

Eine der beliebtesten Techniken zur Erhöhung der MRR ist das Hochvorschubfräsen, das das Fräsen mit schnellen Vorschubraten mit relativ geringen Schnitttiefen kombiniert. Ein kleiner Führungswinkel an der Unterseite von Wendeschneidplatten, die zum Hochvorschubfräsen verwendet werden, reduziert die durchschnittliche Spandicke, was wiederum die Vorschubraten erhöht, sagt Tim Aydt, Produktmanager für Wendeplattenfräsen beim Schneidwerkzeuglieferanten Seco Tools aus Troy, Michigan.

„Jetzt denken Sie an eine mögliche Fütterung mit 200 bis 300 Zoll pro Minute im Gegensatz zu 30 bis 60 Zoll pro Minute“, sagt Aydt.

Auf der anderen Seite macht der Vorschub bei diesen erhöhten Raten das Fräsen mit hohem Vorschub zu einer Schrupptechnik, sodass Benutzer möglicherweise eine zweite Operation durchführen müssen, um die erforderliche Teileoberfläche zu erzielen.

Optimiertes Schruppen in Erwägung ziehen

Ein weiterer beliebter Schruppvorgang, der oft als optimiertes Schruppen bezeichnet wird, entfernt Material noch schneller als Hochvorschubfräsen, um Teilegeometrien herzustellen, die den gewünschten Formen nahekommen. Dann kann eine Folgeoperation die endgültige Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit erzeugen.

Optimiertes Schruppen kombiniert tiefe Schnitttiefen mit leichtem radialem Eingriff. Die geringen radialen Schnittkräfte reduzieren die Belastung und den Verschleiß der Maschinenspindeln. Außerdem erhöht sich die Standzeit, da beim Schneiden weniger Wärme entsteht. Unter den richtigen Bedingungen können Schneidwerkzeuge, die zum optimierten Schruppen verwendet werden, tatsächlich bis zu acht Stunden bei der Bearbeitung von Titan halten, verglichen mit 30 Minuten bei Verwendung herkömmlicher Schneidmethoden, sagt Aydt.

Reduzierte Hitze und radiale Schnitttiefe sind auch für die dramatische Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeiten verantwortlich. So lassen sich beispielsweise Taschen bis zu viermal schneller bearbeiten als mit herkömmlichen Verfahren. Optimiertes Schruppen eignet sich auch gut für die Bearbeitung gerader Wände, die große axiale Schnitttiefen erfordern.

Die Technik kann auf jedes Material angewendet werden, sagt Jay Ball, Seco’s Manager of Solid Milling Products. „Wir haben festgestellt, dass ein optimiertes Schruppen von hochnickelhaltigen Legierungen sehr vorteilhaft ist“, berichtet er. „Wir sehen auch Kunden, die die Strategie für Edelstahl, Gusseisen, Modellwerkzeugstähle und sogar Aluminium anwenden.“

Laut Ball ist die Umstellung auf optimiertes Schruppen wahrscheinlich der Haupttrend, den er bei denjenigen sieht, die versuchen, ihre Zerspanungsraten zu erhöhen. „Das ist im Moment das Größte seit geschnittenem Brot.“

Was sind Ihre besten Techniken zur Verbesserung der Metallentfernung beim Fräsen? Teilen Sie Ihre Erfahrungen.