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Fertigungsmittel - Präzisionswerkzeuge

Fräser für den Werkzeug- und Formenbau

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seiten 425-427

Im Werkzeug- und Formenbau müssen im allgemeinen 3D-Konturen und Formelemente hergestellt werden. Besonders hohe Anforderungen werden an die Fräswerkzeuge und an die Prozessführung gestellt, wenn schmale und tiefe Kavitäten und Konturen zu erzeugen sind. Das erfordert lang auskragende Werkzeuge und meistens nur kleine Abtragraten.

Tauchfräser

Beim Schlichtfräsen stehen als Arbeitsergebnis Genauigkeit und Oberflächenqualität im Vordergrund. Beim Schruppfräsen ist es dagegen eine möglichst hohe Abtragrate. Besonders bei großen Werkzeugen sind zur Herstellung der Kavitäten große Werkstoffvolumina zu zerspanen (Kress 2007).

Tauchfräser

Für diese Aufgabe eignet sich das Tauchfräsen, auch als Plunging bezeichnet, besonders. Bei dieser Art des Fräsens taucht das Werkzeug parallel oder leicht schräg zur Rotationsachse in das Werkstück ein, in das bereits eine Nut oder Tasche als Freimachung zur Aufnahme des Tauchfräsers eingebracht ist. Beim Tauchfräsen wirkt die Vorschubkraft überwiegend in Z-Richtung auf das Werkzeug und auf die Maschinenspindel. Die radiale Kraftkomponente, die die seitliche Abdrängung des Fräsers verursacht, ist sehr klein. Tauchfräser sind in einem großen Durchmesserbereich D ≈ 32 – 160 mm verfügbar. Innerhalb dieses Bereichs gibt es verschiedene Bauarten. Die Gestalt kleinerer Tauchfräser ähnelt der von Schaftfräsern. Tauchfräser mit größerem Durchmesser sind als Aufschraub- oder Aufsteckfräser konzipiert. Die großen Tauchfräser ähneln Messerköpfen.

Tauchfräser sind mit Wendeschneidplatten aus Hartmetall bestückt. Die Schneidstoffe und die Schneidteilgeometrien können so jeweils zusammen mit den Schnittparametern entsprechend der gestellten Bearbeitungsaufgabe ausgewählt werden. Neben der Schnittgeschwindigkeit und dem Axialvorschub bestimmt die radiale Zustellung beim Tauchfräsen die Abtragrate und damit die Wirtschaftlichkeit. Die Begrenzung der radialen Zustellung ergibt sich aus der Lange der Schneidkanten in radialer Richtung.

Hochvorschubfräser

Beim Schruppfräsen können hohe Abtragsleistungen auch durch Hochvorschubfräsen erzielt werden. Diese Fräser werden nur bei kleiner Schnitttiefe ap aber sehr hohen Vorschubwerten eingesetzt. Die Werkzeuge weisen sehr kleine Einstellwinkel auf, wodurch die Axialkraftkomponente der Zerspankraft vergrößert und die Radialkraftkomponente verkleinert wird. Das führt zu einer Verringerung der radialen Abdrängung und ist daher insbesondere bei langen Auskraglängen und auf weniger stabilen Werkzeugmaschinen von Vorteil. Durch den kleinen Einstellwinkel wird die Spanungsdicke stark reduziert, sodass der Vorschub deutlich erhöht werden kann (Kuhnau 2009).

Hochvorschubfräser

Je nach Ausführung und zu zerspanendem Werkstoff sind Zahnvorschübe bis fz ≈ 3 mm möglich. Die Schneidplatten derartiger Fräser haben eine trigonförmige Gestalt. Die axiale Schnitttiefe ap ist je nach Größe der Wendeschneidplatten auf Werte um ap ≈ 2 mm begrenzt. Solche Fräser eignen sich für Schrupparbeiten beim Planfräsen, Nutenfräsen, Schulterfräsen, Konturfräsen, beim schrägen und zirkularen Eintauchen sowie für zirkulares Senken.

Für kleinere Durchmesser D ≈ 20 – 35 mm sind sie als Schaftfräser ausgeführt. Als Einschraubfräser decken sie Durchmesser bis zu D ≈ 42 mm ab, wobei die Bestückung mit bis zu fünf Wendeschneidplatten möglich ist. Für größere Durchmesser bis zu D ≈ 80 mm sind sie als Aufsteckfräser mit bis zu sieben Wendeschneidplatten gestaltet. Die hohe mögliche Abtragrate zieht große Spanmengen nach sich, die auch aus tiefen Kavitäten sicher entfernt werden müssen. Deshalb sind die Fräser mit inneren Kühlkanälen versehen, die neben der optimalen Zufuhr von Kühlmedien oder Luft den Spantransport effizient unterstützen.

Beim Schruppfräsen von größeren Kavitäten mit lang auskragenden Werkzeugen ist die Gefahr von Vibrationen gegeben, die stets eine Reduzierung der Schnittwerte nach sich ziehen. Werkzeugseitig kann dem mit der Verwendung von Fräsern, welche auf Grund ihrer Auslegung die Schnittkräfte niedrig halten, begegnet werden. Solche Fräser sind als Wendeschneidplattenwerkzeuge konstruiert. Die Durchmesser liegen im Bereich von D ≈ 32 – 100 mm.

Kugelkopf- und Torusfräser

Fräser mit kleinen Durchmessern D ≈ 10 – 42 mm sind als Einschraubwerkzeuge gestaltet, größere Fräser als Aufsteckwerkzeuge. Zum Kopierfräsen von 3D-Innen und Außenkonturen sind Fräser erforderlich, die eine kontinuierliche Veränderung des Kontaktbereichs mit dem Werkstück zulassen. Dieser Anforderung werden Kugelkopffräser und Torusfräser gerecht.

Kugelkopffräser aus Vollhartmetall und mit Wendeschneidplatten

Torusfräser als Einschraubfräser und in Schaftbauweise

Für beide Bauarten ist der Oberbegriff „Kopierfräser“ geläufig. Kugelkopffräser sind so gestaltet, dass der Übergang zwischen Stirn- und Umfangsschneide bei Rotation des Fräsers eine halbkugelförmige Kontur erzeugt. Die Fräser können als Vollwerkzeuge oder als Wendeschneidplattenwerkzeuge konzipiert sein.

Vollwerkzeuge decken den Durchmesserbereich D ≈ 1 – 20 mm ab. Schneidstoffe sind Hartmetall oder Schnellarbeitsstahl, beide sowohl ohne als auch mit Beschichtung. Die Anwendungsgebiete von Kugelkopffräsern sind das Schrupp- und Schlichtfräsen von 3D-Flächen im Einwärts- sowie im Auswärtsschnitt. Die Werkzeuge sind bohrfähig und ebenso zum schrägen Eintauchen geeignet. Neben den Vollwerkzeugen sind auch modular aufgebaute Varianten mit auswechselbaren Aktivelementen verfügbar.

Kugelkopffräser mit auswechselbaren Schneidplatten aus unbeschichtetem und beschichtetem Hartmetall haben ihre Einsatzschwerpunkte ebenfalls beim Schruppen und Schlichten von 3D-Flächen. Die Schneidplatten sind mittels einer Schraube in der Nut an der Stirnseite des Grundkörpers positioniert und befestigt. Der Durchmesserbereich für diese Art von Fräsern beginnt bei D ≈ 8 mm und reicht bis etwa D ≈ 32 mm. Kugelkopffräser mit Schneidplatten können als Schaftfräser oder als Einschraubfräser konzipiert sein. Zur Minimierung von Vibrationen und Abdrängungen stehen Grundkörpervarianten mit abgesetzten oder mit konischen Schäften zur Verfügung.

Torusfräser unterscheiden sich von Kugelkopffräsern dadurch, dass sie mindestens zwei gerundete Formelemente aufweisen. Diese stehen stirnseitig vor und sind so angeordnet, dass sie gleichzeitig einen gerundeten Übergang zum Fräserumfang erzeugen. Realisiert wird diese Bauweise durch zwei oder mehr runde Schneidplatten, stirnseitig eingespannt in einen Grundkörper. Es sind aber auch Vollwerkzeuge und auswechselbare Aktivelemente mit toroidischer Geometrie erhältlich (Schonherr 2002).

Die Torusfräser eignen sich ebenso wie die Kugelkopffräser zum 3D-Fräsen. Mit ihnen lassen sich jedoch auch ebene Flächen erzeugen. Auf Grund des axialen Überstandes der Schneiden sind Torusfräser zum schrägen Eintauchen geeignet. Wie andere Fräser auch sind Torusfräser als Schaftwerkzeuge und Einschraubfräser, D ≈ 12 – 42 mm, sowie als Aufsteckfräser, D ≈ 50 – 100 mm, gestaltet. Die Zahl der Schneidplatten liegt je nach Fräserdurchmesser und Größe der Spankammern bei Z ≈ 2 – 8. Kopierfräser, gleich welcher Bauart, sind zunehmend mit inneren Kühlkanälen ausgestattet, um Kühlung und Spanabfuhr zu optimieren.

Mikrofräser

Miniaturfräser

Schaftfräser mit unterschiedlichster Gestaltung der schneidenden Bereiche werden auch mit Durchmessern von wenigen Zehntelmillimetern hergestellt. Die Miniaturfräser sind aus Feinstkornhartmetall als Monoblockwerkzeuge gefertigt. Sie stehen im allgemeinen als zweischneidige Schaftfräser und als Kugelkopffräser zur Verfügung. Grundsätzlich sind diese kleinen Fräser für alle Arbeiten geeignet, die auch mit großen durchgeführt werden. Allerdings sind nur sehr kleine Zahnvorschübe, üblicherweise im einstelligen Mikrometerbereich, möglich. Um schneidstoffgerechte Schnittgeschwindigkeiten, vc ≈ 40 – 60 m/min zu erreichen, sind Drehzahlen n > 40.000 min-1 erforderlich.

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seiten 425-427
Weiterführende Information
  • Prozesskette Zerspanung

    Thema des Monats August 2016

    Schruppen, schlichten, fräsen, bohren, erodieren: Späne lassen sich auf viele Arten erzeugen. Und immer wieder gibt es immer findige Anwender, die alles (un)mögliche aus Maschinen, Werkzeugen & Co. herauskitzeln. Lassen Sie sich von uns mit exklusiven Fachbeiträgen, Interviews und Tipps inspirieren.   mehr

  • Präzisionswerkzeuge

    Thema des Monats November 2017

    News, Anwenderberichte und viele Bilder von neuen Produkten: Die Form+Werkzeug-Redaktion hat für Sie die Highlights in Sachen Präzisionswerkzeuge gesammelt – mit dem Schwerpunkt auf den Werkzeug- und Formenbau versteht sich.   mehr

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