Unterricht in Hochleistungsbearbeitung:Werkzeughalter nicht vergessen

Zwischen Hartmetallmaterialien, hohen Geschwindigkeiten und Vorschüben – und dem Werkzeugausgleich – sind Werkzeughalter für Ihren Erfolg beim Teilebau auf einer Hochleistungsmaschine viel wichtiger, als Sie vielleicht denken. Erfahren Sie warum.

Ihre Werkstatt hat also gerade ein neues Hochleistungs-Bearbeitungszentrum gekauft. Sie verfügt über einige beeindruckende Spezifikationen, darunter eine Spindel mit 20.000 U/min, eine Eilganggeschwindigkeit von 2.400 ipm und entsprechende Vorschübe. Es ist viel schneller als alles andere auf dem Boden. Alle genießen das Stakkato der Späne auf dem Blech und das leise Brummen des Spindelmotors tief in einem Schnitt.

Es gibt nur ein Problem:Bei diesen neuen und verbesserten höheren Spindeldrehzahlen lässt das Geschwätz alle nach Ohrstöpseln kramen. Die Standzeit verschlechtert sich. Beim Schneiden der 17-4 PH- und Triple 5-Titan-Luftfahrtteile, die der Chef kürzlich einbrachte, war das Herausziehen des Werkzeugs ein großes Problem. Das Ergebnis? Die Teilehaufen, die durch die Investition in ein HPMC jeden Tag hergestellt werden sollten, tauchen einfach nicht auf.

Fairerweise müssen Sie diese Beschwerden auch über die älteren, weniger leistungsfähigen Bearbeitungszentren haben. Tatsächlich könnte es in erster Linie einer der Treiber für eine neue Maschine gewesen sein. Es tut mir leid, Ihnen das mitteilen zu müssen, aber das Problem liegt höchstwahrscheinlich darin, dass die Schaftfräserhalter mit seitlicher Klemmung und Spannzangen im ER-Stil, die Sie seit Jahrzehnten verwenden, für die moderne Bearbeitungstechnologie nicht geeignet sind.

„Sie haben die Werkzeugmaschine, die hohe Geschwindigkeiten und Vorschübe bewältigen kann, das Schneidwerkzeug mit den neuesten Geometrien und Beschichtungen, und da der Werkzeughalter die Schnittstelle zwischen beiden ist, warum Abstriche machen?“ sagt Ronald West, Senior Global Product Manager bei Kennametal. „Mit den heutigen Werkzeugmaschinen, die höhere Geschwindigkeiten und Vorschübe ermöglichen, ist die Werkzeugspannung wichtiger denn je geworden, um die Fähigkeiten von Hochleistungs-Schneidwerkzeugen zu nutzen.“

Einige Hersteller investieren in die Maschine und die neueste Werkzeug- und Schneidetechnologie, aber es ist nicht ungewöhnlich, dass viele Firmen einen handelsüblichen Werkzeughalter verwenden, der nicht für den Job geeignet ist. Dennoch ist es eines der wichtigsten Elemente in den heutigen Hochleistungsumgebungen – insbesondere in Luft- und Raumfahrtanwendungen, wo Sie mit fortschrittlichen Materialien arbeiten, erklärt West.

„Side-Lock-Halter sind in der Branche immer noch führend, aber sie erweisen den Investitionen in Hartmetall-Schneidwerkzeuge, die Unternehmen jetzt kaufen, wirklich einen schlechten Dienst“, sagt West. „Der Werkzeughalter muss zu der Art von Hochleistungsmaschine passen, die heute verwendet wird.“

Halten Sie die Werkzeugbewegung an, vermeiden Sie zusätzlichen Ausschuss, sparen Sie Ihre Werkzeuglebensdauer

Betrachten Sie den Werkzeugauszug. Die Bearbeitung von Titan und anderen hitzebeständigen Superlegierungen erzeugt hohe Schnittkräfte nicht nur in axialer und radialer Richtung, sondern auch in axialer Richtung, was zum Herausziehen des Werkzeugs führen kann. Noch wichtiger ist es, den richtigen Werkzeughaltertyp zu verwenden, um Werkzeugversagen und Teileausschuss zu vermeiden. Es mag nicht viel sein – vielleicht nur ein paar Tausendstel Zoll auf einmal, aber die Chancen stehen gut, dass es ausreicht, um einige sehr teure Teile zu verschrotten. Schleifen Sie alle Rillen und Abflachungen, die Sie auf dem Werkzeugschaft haben möchten, er wird sich immer noch bewegen, höchstwahrscheinlich, wenn Sie es am wenigsten erwarten.

Die beste Lösung ist ein Werkzeughalter, der speziell entwickelt wurde, um ein Herausziehen zu verhindern. Viele Anbieter lizenzieren Haimers patentierte Safe-Lock-Technologie. Alle werden die Hose von einem traditionellen Side-Lock-Halter schlagen und gleichzeitig die Runout-Eigenschaften verbessern. Hier ist eine kleine Auswahl einiger verfügbarer Lösungen:

• Der hydraulische Schaftfräserhalter CoroChuck 930 von Sandvik Coromant verwendet einen Zweipunktmechanismus im „Drehpunkt“-Stil, um eine Bewegung zu verhindern.
• Das hydraulische HydroForce™-Spannfutter von Kennametal für schweres Fräsen behauptet eine außergewöhnliche Rundlaufgenauigkeit und Genauigkeit – und eine optionale SAFE-LOCK-Hülse hilft, ein Herausziehen in schwer zu bearbeitenden Materialien (wie sie in der Luft- und Raumfahrt- und Energieindustrie verwendet werden) zu vermeiden.
• Der Mega Perfect von Big Kaiser akzeptiert Weldon-Flachschaftfräser, soll aber Schlupf und Ausreißen verhindern.

Möchten Sie das Beste aus Ihrer Metallbearbeitung herausholen? Lesen Sie „So maximieren Sie die Maschinenproduktivität mit Werkzeughaltern.“

Steuern Sie die Harmonischen, das Rattern und die Spindel

Sie drehen Werkzeuge schneller als je zuvor, und der Schlag, mit dem Sie seit Jahren leben, wird selbst den besten Fräser schnell überfordern. Als ob eine schlechte Standzeit nicht schon schlimm genug wäre, erzeugt die höhere Drehzahl die Oberschwingungen, die zu Rattern führen, möglicherweise gefolgt von Spindelschäden aufgrund einer unausgeglichenen Situation.

Sie haben mehrere Optionen, um diese höheren Geschwindigkeiten, Vorschubrattern und Oberschwingungsprobleme zu bewältigen, darunter:Werkzeugaufnahme mit Schrumpfpassung, Hydrodehnspannfutter und mechanische Fräsfutter . Sie sollten jeden für sich selbst testen, die Ergebnisse dokumentieren und Ihre Entscheidung auf der Grundlage der Leistung Ihrer Maschinen und nicht des Preises treffen.

Schrumpfwerkzeugaufnahme

Sie benötigen eine Schrumpfmaschine und verbringen bei jedem Werkzeugwechsel ein oder zwei zusätzliche Minuten mit dem Aufheizen und Abkühlen des Halters, aber viele Betriebe schwören auf die extreme Genauigkeit und das inhärente Gleichgewicht der Schrumpfwerkzeughalterung. Laut Haimer sind es insgesamt weniger als 40 Sekunden.

Hydraulische Werkzeughalter und Spannfutter

Hydraulische Spannfutter sind genau, einfach zu bedienen und bieten robuste Werkzeughaltemöglichkeiten. HydroForce™ von Kennametal wird beispielsweise zum Schwerfräsen verwendet, das die dreifache Spannkraft herkömmlicher hydraulischer Spannfuttersysteme beansprucht und für den Betrieb nur einen Inbusschlüssel benötigt. HydroForce-Spannfutter haben eine Dämpfungsfähigkeit, die die Standzeit verlängert, insbesondere bei der Bearbeitung von Titan und anderen Hochtemperaturlegierungen.

Mechanische Fräsfutter

Schunk, Iscar, Gühring und andere vermarkten mechanische Fräsfutter mit einer Nenndrehzahl von 20.000 U/min und einem Rundlauf von 0,0002 Zoll oder besser (ebenso wie Sandvik Coromant, Big Kaiser und andere). Auch hier ist die Bedienung einfach, mit Steifigkeit und Spannkräften, die viel höher sind als bei der 100 Jahre alten Weldon-Flachplatte.

Apropos alte Werkzeugaufnahme, hoffentlich war Ihre neue Maschine mit einer HSK-, Capto-, KM4X- oder einer vergleichbaren Spindel ausgestattet. CAT- und BT-Flansch sind für weniger anspruchsvolle Arbeiten vollkommen in Ordnung, aber das Durchpflügen von HRSA-Materialien oder das Beschichten eines Werkzeughohlraums bei hohen Spindelgeschwindigkeiten erfordert eine moderne Spindelschnittstelle.

Bei diesen Maschinenraten benötigen Sie eine Werkzeugbalance

Die meisten Werkzeugexperten sagen, dass ausgewogene Werkzeughalterbaugruppen ein Muss für Spindeldrehzahlen von 20.000 U/min oder höher sind, während andere vermuten, dass die Messlatte niedriger ist.

„Wenn Sie Werkzeugmaschinen so schnell laufen lassen, normalerweise über 12.000 U/min, wird empfohlen, immer das komplette System (d. h. Werkzeughalter mit Schneidwerkzeug) auszuwuchten“, sagt West. „Es erhöht lediglich die Standzeit des Werkzeugs und verringert den Spindelverschleiß … Bei einem Spannzangenfutter oder einem Schaftfräseradapter ist es aufgrund ihrer Konstruktion und der erforderlichen Hardware etwas schwieriger, das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, aber normalerweise sind Hydrodehnspannfutter und Schrumpfadapter viel einfacher auszuwuchten Hochgeschwindigkeitsanwendungen.“

Bei 6.000 U/min werden Sie die Unwucht nicht so sehr bemerken, bemerkt West, aber bei höheren Drehzahlen ist die Werkzeugbalance entscheidend – und etwas, das missverstanden werden kann, wenn es um Werkzeughalter geht.

Dafür ist eine spezielle Auswuchtmaschine ebenso erforderlich wie zusätzlicher Aufwand bei der Werkzeugvoreinstellung. Stellen Sie sicher, dass Sie voreinstellen. Vorausgewuchtete Werkzeughalter sind nicht ausreichend, da die gesamte Baugruppe einschließlich Schneidwerkzeug und Halteknopf (für diejenigen mit CAT- und BT-Maschinen) als ein Stück ausgewuchtet werden muss. Die Befolgung dieser Empfehlungen und die Einbeziehung routinemäßiger Wartungsarbeiten zur Verlängerung der Werkzeuglebensdauer reduzieren Ausfallzeiten und helfen Ihnen, bessere Teile herzustellen.

„Mit den richtigen Werkzeughaltern können Sie Verbesserungen der Werkstückleistung zeigen“, sagt West. „Es ist etwas, das leicht zu übersehen ist, aber einen großen Unterschied macht.“

Haben Sie schon bemerkt, welchen Unterschied ein Werkzeughalter in einem Hochleistungs-Bearbeitungszentrum machen kann? Teilen Sie Ihre Erfahrungen.