Formfräsen erklärt: Prozess, Anwendungen und Vorteile

CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control), ist Präzisionsbearbeitung, die vollständig automatisiert ist und außergewöhnliche Genauigkeit und bemerkenswerte Präzision gewährleistet. CNC-Bearbeitung erreicht Komplexitätsgrade, die über die konventionelle Präzisionsbearbeitung hinausgehen, und ist zudem kosteneffizient, insbesondere für komplexe Komponenten und Teile.

Obwohl CNC-Maschinen zahlreiche Aufgaben ausführen, ist Fräsen die häufigste und am einfachsten zu verstehende. Im Grunde entfernt Fräsen Material von einem stationären Werkstück, indem ein rotierendes Schneidwerkzeug in Kontakt damit gebracht wird.

Die Fertigung spezieller Merkmale, wie komplexer Profile, stellt jedoch Herausforderungen dar. Hier glänzt das Formfräsen. Ideal für die Formung unregelmäßiger Konturen, verwendet Formfräsen speziell entwickelte Formfräser, die exakt einer bestimmten Form gemäß Zeichnungsspezifikationen entsprechen. Zum Beispiel ist das Profil des Fräsers konkav ausgerichtet, um eine konvexe Kante am Werkstück zu erzeugen.

Wie werden Formfräswerkzeuge hergestellt?

Hergestellt aus Materialien wie Werkzeugstahl, Vollhartmetall oder aufgelötetem Hartmetall, polykristallinem Diamant (PKD) oder Schnellarbeitsstahl (HSS), erfordern maßgeschneiderte Fräser erhebliche Zeit und Kosten für die Herstellung (wir werden die Arten von Formfräsern später untersuchen).

Lieferzeiten für spezialisierte Formwerkzeuge variieren. Meistens werden Vorformen benötigt, um den Prozess zu starten. Eine Vorform wird hergestellt und dann auf ein exaktes Profil geschliffen. In bestimmten Fällen wird Hartmetall in die Fräserkammern aufgelötet, um das Hartmetall im Fräser zu sichern. Dann, sobald das Werkzeug als verschlissen gilt, wird der Fräser an den Hersteller zurückgeschickt, um das Hartmetall zu entfernen. Sie prüfen die Kammern und, wenn sie in Spezifikation sind, wird neues Hartmetall eingelegt und die Geometrie mit einem endgültigen Schliff fertiggestellt.

Derselbe Prozess wird für ein PKD-Formwerkzeug durchgeführt. Bei einem Vollhartmetall- oder HSS-Fräser wird der Fräser inspiziert. Wenn er nicht zu stark verschlissen ist, wird er nachgeschärft. Einmal fertig, werden alle Werkzeuge vor der Rücksendung an den Kunden (die CNC-Werkstatt) erneut inspiziert.

Welche Materialien eignen sich für Formfräsen?

Ein Beispiel für die Vielseitigkeit des Formfräsens ist seine Anwendung auf verschiedene Materialien wie Kunststoffe, Verbundwerkstoffe und Metalle wie Aluminiumlegierungen und Gusseisen.

Formfräsen vs. andere Fräsarten

Formfräsen zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, spezifische und einzigartige Merkmale zu schneiden und kann mehrere Formen gleichzeitig mit überlegenen Oberflächengüten schneiden.

Obwohl die anfänglichen Kosten für Formwerkzeuge hoch sein können, überwiegen die Einsparungen bei Zykluszeiten den Einsatz mehrerer Werkzeuge. Der Einsatz von Formwerkzeugen eliminiert mehrere Werkzeugwechsel, indem Fräser für mehrere Merkmale in einem Werkzeug kombiniert werden. Zeit ist Geld, wie man so sagt!

Laufparameter, die von den Merkmalen und dem Material abhängen, müssen möglicherweise reduziert werden, aber nicht immer. Wenn Sie eine massive Fläche schneiden, öffnen Sie das Merkmal typischerweise mit einem Kernbohrer. Dann gehen Sie mit einem Halbfertigwerkzeug hinein, das die initiale Merkmalform bereitstellt.

Als Nächstes verwenden Sie ein Fertigwerkzeug wie einen Stufenreibahlen. Stufenreibahlen fertigen die Merkmal-Durchmesser und die finale Form des Druckmerkmals. Formwerkzeuge sind nicht unbedingt nur für Großserienaufträge. Manchmal diktiert die Schwierigkeit eines Merkmals, ob ein Formwerkzeug am besten geeignet ist.

Vorteile des Formfräsens

1. Fähig, anspruchsvolle Konturen zu schneiden
2. Liefert präzise und einheitliche Ergebnisse
3. Steigert Effizienz durch Reduzierung mehrerer Fräsoperationen
4. Reduziert Gesamtkosten

Herausforderungen des Formfräsens

1. Design und Einrichtung erfordern Zeit, was die Kosten einzelner Stücke bei Kleinserien erhöht (größere Chargenproduktionen sind wirtschaftlicher)
2. Nicht kosteneffizient bei der Produktion von niedrigwertigen, kleinmengigen Komponenten
3. Programmierung in G-Code und Beschaffung kundenspezifischer Werkzeuge können Verzögerungen verursachen
4. Qualitätssicherung bearbeiteter Teile aufgrund inkonsistenter Schnitte

Wie funktioniert Formfräsen?

Formfräsen umfasst eine Reihe von Schritten und Formen. Zunächst identifiziert der Bauplan die Form oder das Profil. Die Verwendung eines 3D-CAD-Teilemodells ist ebenfalls eine große Hilfe. Einmal entworfen, wird ein 3D-Modell des Werkzeugs erstellt und in das Teilmodell eingefügt. Es wird überprüft, um sicherzustellen, dass es eine exakte Übereinstimmung mit dem Modell ist (Überprüfung der Abmessungen aus der Zeichnung).

In der CNC-Maschine wird der Formfräser eingerichtet, und das Werkstück wird fest gespannt auf der Fräsmaschine – in einem Schraubstock, am Bett befestigt oder vorgerichtet – um Stabilität während des Fräsens zu gewährleisten. Das Einstellen des Werkzeugs in der Spindel ist entscheidend für den Erfolg des Fräsers. Normale Auslaufbedingung beträgt 0,0002 Zoll oder weniger. Jede Spindel ist anders, daher ist es entscheidend, jedes spezielle Formwerkzeug einzustellen.

Vor dem Schneiden müssen Parameter festgelegt werden: Spindeldrehzahl, Schnitttiefe, Schneidrichtung und Vorschubgeschwindigkeit. Auch ein Trockenlauf – das Führen des Werkzeugs vor oder neben dem Werkstück – hält das Werkzeug vom Teil fern, während sichergestellt wird, dass die Teilprogrammierung und Laufparameter korrekt sind. Fehler können nach dem „Luftschneiden“ behoben werden, und die Produktion kann zum eigentlichen Materialschneiden übergehen.

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Arten von Formfräsern

Im Allgemeinen gibt es drei Haupttypen von Formfräsern:

Konkave und Konvexe Fräser

• Konkave Fräser formen konvexe Konturen an Werkstücken, erhältlich in verschiedenen Krümmungsradien. Konvexe Fräser mit halbrunden Profilen erzeugen konkave Merkmale. Jeder ist mit mehreren Schneiden oder Wendeschneidplatten für Materialabtrag ausgestattet und variiert in der Anzahl der Schneiden basierend auf der Komplexität des Profils und der Werkzeuggröße. Dieses Design ermöglicht die effiziente und genaue Produktion komplexer Komponenten.

Formwerkzeuge

• Vollformwerkzeuge werden geschliffen, um ein Profil zu matchen. Formwerkzeuge werden häufig verwendet, um Merkmale wie Hydraulikanschlüsse zu schneiden. Wendbare Formwerkzeuge können angepasst werden, um mehrere Merkmale gleichzeitig zu schneiden, einschließlich mehrerer Durchmesser und Fasen.

Eckenrundungsfräser

• Werden zum Abrunden von Ecken an Teilen verwendet, diese Fräser haben ein konkaves Viertelkreisprofil. Sie erzeugen effizient glatte Radien an Ecken, reduzieren Durchgänge und eliminieren Stufen, die mit Standardfräsern typisch sind.

Den richtigen Formfräser wählen

Die Auswahl des richtigen Formfräsers ist entscheidend für hohe Präzision. Diese spezialisierten Fräser bieten verbesserte Kontrolle und Genauigkeit, besonders wenn ein einzelner kundenspezifischer Fräser mehrere Formaspekte integriert. Ideal für komplexe Formen wie Hydraulikanschlüsse und Spulenbohrungen, stellen Formfräser präzise Konturnachbildung und hochwertige Oberflächen sicher.

Auf exakte Formen und Abmessungen zugeschnitten, bieten Formfräser konsistente Genauigkeit und Wiederholbarkeit mit weniger Aufwand und Geschick. Formfräser sind effizient, wahren Einheitlichkeit über schnelle Produktionsläufe und sind ideal für die Bearbeitung vieler identischer Komponenten.

Formfräsen ist nur eine CNC-Bearbeitungstechnik. Eine erfahrene CNC-Werkstatt kann mehr über Bearbeitung erklären und Ihnen helfen zu bestimmen, welche Technik für Ihre Anwendung geeignet ist. Doch wie wissen Sie, wann es Zeit ist, mit einer High-End-CNC-Werkstatt zu arbeiten? Unser Leitfaden hat Ratschläge parat; klicken Sie auf den Link unten, um Ihre Kopie zu erhalten.

Über den Autor

Dan sorgt dafür, dass die Maschinen bei Stecker Machine schnell laufen. Er optimiert Schneidwerkzeuge und Programme für Spitzenleistung, korrigiert Fertigungsprobleme und entwirft und wählt fortschrittliche Werkzeuge für neue Aufträge und Produktverbesserungen. Er begann seine Karriere in einem Werkzeug- und Formenbau, trat SMC bei, als die CNC-Fertigung gerade Fuß fasste. Bei SMC stieg er vom Maschinenbediener zum Continuous Improvement Engineer auf und implementierte Verbesserungen, die in den letzten Jahren etwa 500.000 $ einsparten.