Das optimale Zusammenspiel

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Der Werkstoff entscheidet über die Zerspanungsstrategie

Per Definition ist bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen (HSC = High Speed Cutting oder HSM = High Speed Machining) die Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit um den Faktor 5 bis 10 höher als bei konventionellem Fräsen und das Werkstück bleibt kalt. Der Referent zeigte dazu das Beispiel eines Schlüsselgesenks, das bisher mit konventionellem Fräsen, Erodieren und Polieren 45 Stunden beanspruchte. Dank HSC konnte die Bearbeitungszeit um zwei Drittel gesenkt werden.

Als weiteres Beispiel wurde eine Anwendung präsentiert, bei der die Strategie «Polishmilling» beim Schlichten angewandt wurde. Zum Einsatz kamen ein Kugel-, Torus- und Schaftfräser. Mit HFC (High Feed Cutting) wurde eine weitere Zerspanungsstrategie präsentiert. Dabei werden Fräser mit hohem Vorschub, aber geringer Schnitttiefe eingesetzt, so dass radiale Kräfte auf das Werkzeug vermieden werden. Weitere Strategien sind das Schruppen durch Tauchfräsen bei tiefen Gesenken, das trochoide Taumelfräsen, bei dem das Werkzeug auf einer Kreisbahn bewegt und permanent der Kanalbreite angepasst wird, oder die Blisk-Fertigung (Blade Integrated Disk), die im Triebwerk- und Turbinenbau zur Anwendung kommt.

Schwer zerspanbare Werkstoffe

Schwer zerspanbare Werkstoffe sind: metallische wie Titan, Titan- und Kobalt-Chrom-Legierungen, Verbundwerkstoffe wie CFK (Chlorfluorkohlenstoff) sowie keramische Werkstoffe wie ZrO₂ (Zirconium-Oxid). Den Gästen wurde verdeutlicht, dass bei Titan die Werkzeugschneide mechanisch stark beansprucht wird und dass eine hohe thermische Belastung zu beachten ist. Dies hat Auswirkungen bei der Wahl der Werkzeuge, die alle eine Schneidkantenverrundung aufweisen sollten. Charakteristikum der Kobalt-Chrom-Legierung sind hauptsächlich starker Abrasiv- und Kolkverschleiss, dem mit Werkzeugoptimierungen wie Hartmetall-Substraten, Kühlschmierstoffen, Schneidgeometrien und Beschichtungen entgegengewirkt werden kann.

Verbundwerkstoffe haben eine geringe mechanische Festigkeit, sind hitzeempfindlich und leicht plastisch verformbar. Delamination (Ablösung der Schichten) kann durch scharfe Schneiden, geringe Vorschubkräfte, viel Spanraum und schlanke Führungsfasen vermieden werden. Weiter wurde auf das Verhalten der Oxidkeramiken bei HSC-Bearbeitungen hingewiesen. Wesentliche Erkenntnisse für gute HSC-Ergebnisse sind: gute Kühlschmierbedingungen, duktiler Materialabtrag und hohe Biegezugfestigkeit der Bauteile. Zuletzt wurde auf die laser- und ultraschallunterstützte Zerspanung eingegangen. Beides Lösungsansätze, die das HSC-Fräsen wirtschaftlicher und prozessstabiler machen können.

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