Bearbeitungsparameter für Ultra-Miniaturwerkzeuge optimieren: Präzisions-Leitfaden

Hochpräzisionsbearbeitung ist ein Teilbereich der subtraktiven Fertigung, der über die Jahre an Popularität gewonnen hat, besonders da Branchen wie Medizintechnik, Dental, Werkzeug- und Formenbau sowie Halbleiterfertigung wachsen. Manche Jobs erfordern extrem kleine Durchmesser (bis hin zu 0,025 mm) und ultrapräzise Toleranzen. Bei solch miniaturisierten Werkzeugen müssen Zerspaner andere Bearbeitungspraktiken anwenden als sonst, da gängige Probleme, die bei größeren Schaftfräsern auftreten, bei Miniaturwerkzeugen verstärkt werden. Drehzahlen und Vorschübe werden kritisch, um das Werkzeugüberleben zu sichern.

Wo Bruch bei Miniaturwerkzeugen auftritt

Wenn Bruch bei Miniaturwerkzeugen passiert, ist es wichtig zu bestimmen, wo am Werkzeug der Bruch auftritt. Bruchpunkte sind bei so kleinen Werkzeugen manchmal schwer zu sehen. Die Lokalisierung hilft, das Problem zu diagnostizieren. Beispielsweise, wenn der Bruch entlang der Schneidenlänge auftritt, könnte Spanverpackung (Chip Packing) das Problem sein. Falls Chip Packing die Ursache ist, hilft es, den Vorschub zu verringern und den Schnitttiefe pro Pass zu reduzieren. Wenn das Werkzeug am Übergangswinkel zum Schaft bricht, könnte dies an mehreren Dingen liegen. Der erste Impuls sollte sein, den Rundlauf des Werkzeugs zu prüfen. Rundlauf sollte unter 0,0025 mm (0,0001") gemessen werden. In diesem Fall prüfen Sie das Werkzeug-Setup, um sicherzustellen, dass das Werkzeug stabil im Werkzeughalter sitzt. Ein weiteres Problem könnte übermäßiger Druck auf das Werkzeug durch Hochdruckkühlmittel oder gar Durchbiegung sein. Durchbiegung tritt auf, wenn Schneiddruck das Werkzeug leicht verbiegt – in diesem Fall bricht es an seiner schwächsten Stelle. Um Durchbiegung zu minimieren, stellen Sie sicher, dass das Werkzeug der größtmögliche Durchmesser und die kürzestmögliche Schneidenlänge für den Job hat.

Tipps zur Vermeidung zukünftiger Brüche

Es gibt einige Fokuspunkte, um Werkzeugbruch zu verhindern.

Das richtige Werkzeug

Die Bestimmung des korrekten Schaftfräsers ist der notwendige erste Schritt zur Bruchvermeidung. Die Wahl eines materialspezifischen Schaftfräsers wird bevorzugt, besonders bei schwer zerspanbaren Materialien. Harvey Tools materialspezifische Werkzeuge haben unterschiedliche Geometrien und Beschichtungen für verschiedene Materialien. Beispielsweise haben unsere aluminiumspezifischen Schaftfräser eine variable Helix von ca. 42°, während die hochtemperaturlegierungsspezifischen Schaftfräser eine variable Helix von ca. 34° haben. Ein Werkzeug mit ungerader Schneidenanzahl oder variabler Helix oder Pitch hilft, Chatter zu vermeiden, das zu Bruch im Bearbeitungsprozess führen kann. Vorgehensweisen ändern sich auch je nach Anwendung. Beim Nutenfräsen (Slotting) ist Steifigkeit kritisch für den Erfolg, daher wird ein Werkzeug mit maximal möglichen Schneiden empfohlen.

Werkzeug-Setup

Je kleiner das Werkzeug, desto fragiler ist es. Daher ist korrektes Handling vor und während des Setups kritisch. Es ist entscheidend, Werkzeuge in der Originalverpackung zu belassen, wenn sie nicht in der Maschine sind, und die Spitze beim Positionieren im Werkzeughalter abzudecken. Die Kühlmittelwahl für Miniaturwerkzeuge ist ebenfalls kritisch, um sicherzustellen, dass Hochdruckkühlmittel das Werkzeug nicht beschädigt. Hochdruckkühlmittel direkt auf das Werkzeug verursacht fast immer irgendeine Form von Bruch. Aus diesem Grund wird Hochdruckkühlmittel am unteren Ende des Miniaturwerkzeug-Spektrums nicht empfohlen. Hier ist Flutkühlmittel (Flood Coolant) der empfohlene Ansatz.

Miniaturwerkzeug-Laufparameter

Die Drehzahl eines Schaftfräsers wird basierend auf dem Werkzeugdurchmesser bestimmt – je kleiner das Werkzeug, desto höher die RPM. Um beste Werkzeugstandzeit zu gewährleisten, ist es entscheidend, kleinere Schaftfräser an den empfohlenen Parametern zu fahren.

Harvey Tool Drehzahl- und Vorschubtabellen listen Empfehlungen für Vc (Schnittgeschwindigkeit), Spanstärke und Schnitttiefe basierend auf Schneidmaterial, Werkzeugdurchmesser und Bearbeitungsanwendung. Um Drehzahlen und Vorschübe mit Harvey Tool Tabellen zu berechnen, folgen Sie den folgenden Formeln und unseren empfohlenen Parametern:

Hinweis*: Es gibt oft Limitationen bei den für diese Werkzeuge genutzten Maschinen. Eine der häufigsten Fragen zu unseren Drehzahlen und Vorschüben für Miniatur-Schaftfräser ist, wie man sich auf diese hohe Geschwindigkeit einstellt. Wir empfehlen, die RPM auf einen Wert zu setzen, den die Maschine bewältigen kann (oder die schnellste, mit der sich der Kunde wohlfühlt), und Vorschub und Schnitttiefe gleich zu lassen.

Die Wahl der Schnitttiefe-Parameter für Miniaturwerkzeuge ist extrem wichtig basierend auf der Anwendung. Beispielsweise haben Schlichtparameter oft deutlich höhere Drehzahlen und Vorschübe als Nuten- oder Schruppparameter, aber die Schnitttiefe-Pässe sind viel kleiner. Dies ermöglicht dem Werkzeug, solche hohen Parameter ohne Bruch zu fahren, da weniger Kontakt mit dem Werkstück besteht.

Die Nutzung von Miniaturwerkzeugen kann etwas einschüchternd sein, wenn man sie noch nie verwendet hat. Probleme, die bei größeren Schaftfräsern auftreten, werden bei kleineren Werkzeugen verstärkt. Es ist sehr wichtig, den richtigen Schaftfräser für die Anwendung zu haben. Drehzahlen, Vorschübe und Schnitttiefe sind essenziell für korrektes Schneiden. Mit kleineren Werkzeugen kommen höhere Drehzahlen. Folgen Sie immer den herstellerempfohlenen Drehzahlen und Vorschüben, reduzieren Sie die Drehzahl wenn nötig, um Maschinenkapazitäten anzupassen. Zuletzt: Wenn Bruch auftritt, finden Sie die Bruchstelle, um das Problem zu diagnostizieren.