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Der stärkste Mikrofräser der Welt: «Ein Schweizer»

Redakteur: Matthias Böhm

>> Mikron Tool SA Agno hat mit dem CrazyMill einen neuen Mikrofräser (0,3–6 m Durchmesser) entwickelt, der einen neuen Standard setzt. 20-faches Zeitspanvolumen liegt bei schwer zerspanbaren Werkstoffen drin. Wer hat's erfunden? Ein Schweizer! Der SMM sprach mit Markus Schnyder, COO (Mikron Tool International), wie es zu dieser Neuentwicklung kam.

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«Das ist, wie wenn Sie auf der Autobahn erst mit 50 fahren und dann auf 500 km/h beschleunigen.» Markus Schnyder, Mikron Tool SA Agno
«Das ist, wie wenn Sie auf der Autobahn erst mit 50 fahren und dann auf 500 km/h beschleunigen.» Markus Schnyder, Mikron Tool SA Agno
(Bild: Böhm)

SMM: Sie entwickeln und produzieren präzise, hochleistungsfähige Schneidwerkzeuge. An der EMO stellten Sie als Weltneuheit Ihre Hochleistungs-VHM-Fräser mit integrierter Kühlung vor. Was ist neu an diesem Werkzeug?

Markus Schnyder: An den Fräsprozessen wurde in unserer Branche lange Zeit nur wenig verändert. Es ist ein evolutionärer Prozess mit kontinuierlichen Standzeitverbesserungen und Produktivitätssteigerungen. Gerade im Mikrobereich, wo wir uns mit dem neuen CrazyMill bewegen, wurde die Kühlung oft vernachlässigt. Dabei sind hohe Temperaturen und Temperaturwechsel im Schneidenbereich die eigentlichen kritischen Punkte bei Fräsoperationen. Wir nahmen in langen Tests und Versuchen die Kühlung, die Beschichtung und die Geometrie des Werkzeugs unter die Lupe, um in diesen Bereichen neue Wege zu gehen. Es ist eine komplexe Herangehensweise.

Was sind die entscheidenden Aspekte am neuen Frässystem CrazyMill?

M. Schnyder: Eine der wichtigsten Anforderungen war, möglichst schnell viel Material abtragen zu können und trotzdem gute Oberflächenwerte zu erzielen. Mit unserer integrierten Kühlung im Fräser wird massiv gekühlt und die Wärme aus dem Fertigungsprozess genommen: Der direkt zugeführte starke Kühlmittelstrahl verhindert, dass die Schneiden überhitzt werden.

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Welche Werkstoffe können Sie mit dem neuen Fräser bearbeiten?

M. Schnyder: Prinzipiell alle Metalle, speziell aber bei schwer zerspanbaren Werkstoffen wie rostfreie Stähle, Titan, Chrom-Kobalt-Legierungen und Superalloys haben wir einen Leistungssprung erreicht. Bei diesen Werkstoffen wird das Zeitspanvolumen um den Faktor 10 bis 20 verbessert.

Faktor 10 bis 20 ist nicht evolutionär, das wäre revolutionär und würde die Fertigung in der Mikromechanik erheblich nach vorn bringen. Aber trauen sich die Maschinenoperateure überhaupt, solche Werte zu fahren?

M. Schnyder: Da sprechen Sie einen entscheidenden Punkt an. Wer mit den heutigen konventionellen Fräsern an die Leistungsgrenzen geht, wird sich kaum getrauen, die Leistungswerte unseres neuen Frässystems auszureizen. Da muss man sich herantasten. Das ist, wie wenn Sie auf der Autobahn erst mit 50 fahren und dann auf 500 km/h beschleunigen. Das sind Welten.

Solche Leistungssteigerungen können aber nur über ein perfekt aufeinander abgestimmtes Fräskonzept realisiert werden?

M. Schnyder: Dazu ist zu sagen, dass wir auch in Beschichtung, Geometrie und beim Wegspülen der Späne in aufwendige Entwicklungen investiert haben, die den Kunden nun entscheidende Verbesserungen bringen. Bei diesen Entwicklungen beziehungsweise Weiterentwicklungen standen Vorgaben wie Schnittgeschwindigkeit, Zustellung, Standzeit, Frästiefe, Spanabfuhr und Oberflächenqualität im Vordergrund. Ein Beispiel: Obwohl ins volle Material gefräst wird, erreichen wir bei der Oberflächenqualität zwei- bis dreimal bessere Rz-Werte als bei konventionellen Qualitätsfräsern.

In welchen Durchmesserbereichen wird Ihre neue Fräsergeneration CrazyMill Cool eingesetzt?

M. Schnyder: Lassen Sie es mich so ausdrücken: CrazyMill Cool ist das einzige Fräswerkzeug mit integrierter Kühlung für Arbeiten im Durchmesser-Bereich von 0,3 mm bis 6 mm. Alle Mitbewerber kühlen in diesen Bereichen mittels eines Kühlschlauches. Dadurch kann der eigentliche Prozessbereich nicht wirklich effizient gekühlt werden.

Sind die neuen Fräser ab Lager verfügbar?

M. Schnyder: Standardisierte Kleinfräser sind bereits für verschiedene Anwendungen ab Lager erhältlich, unter anderem für die Uhrenindustrie und Medizintechnik. Unsere Produktion läuft auf Hochtouren: Wir wollen, müssen und werden die vielen zunehmenden Wünsche nach zylindrischen Kleinfräsern im Durchmesser-Bereich von 0,3 bis 6 mm so schnell als möglich erfüllen.

Zurück zur Technologie. Gekühlt wird durch kleine speziell geformte Kühlkanäle im Werkzeugschaft. Bisher sind runde Kanäle «State of the Art».

M. Schnyder: Ja. Diese Form garantiert einen maximalen Volumenstrom und somit eine perfekte Kühlung an den Schneiden. Weiter sorgt der starke Kühlmittelstrom dafür, dass die Späne aus den Spannuten gespült und aus dem Arbeitsbereich abgeführt werden.

Haben Sie das Kühlsystem des Fräsers patentieren lassen?

M. Schnyder: Ja, Patente besitzen wir vor allem in jenen Ländern, in denen Nachahmungen zu befürchten sind. Anders gesagt: Wo bereits Mitbewerber ansässig sind, haben wir uns frühzeitig abgesichert.

Welche Funktion haben die Substrate?

M. Schnyder: Das hätte ich in der Tat fast vergessen zu erwähnen. Unser Hartmetall-Substrat ist besonders robust und auf den Mikrofräsbereich spezifisch abgestimmt. Konventionelle Hartmetalle sind beim Fräsen von rostfreien Materialien überfordert, das Resultat sind Schneidenausbrüche schon nach kurzem Einsatz. Korngrösse, Härte und Zähigkeit sind bei unserem Substrat gezielt auf die Anforderungen der schwer bearbeitbaren Materialien ausgerichtet, was eine hohe Prozesssicherheit gewährleistet.

Auch beim Beschichten geht Mikron völlig neue Wege. Warum?

M. Schnyder: Wie das Kühlen, wurde auch das Beschichten beim Fräsen nicht vernachlässigt, aber bisher kaum geändert. Unsere neuartige verschleiss- und hitzeresistente Beschichtung verringert das Erhitzen des Substrats im Bereich Werkzeugschneiden, sodass eine hohe Zerspanungsleistung erreicht wird bei gleichzeitig hohen Standzeiten. Diese Problemlösung drängte sich insbesondere bei kleineren Werkzeugen auf. Dabei waren auch die Eigenspannungen der Beschichtung mitentscheidend. Die Lösung wurde im Team mit einem auswärtigen Beschichtungsexperten erarbeitet.

Hohe Wärmeeinträge und starke Temperaturschwankungen in die Schneiden waren ein Problem und führen zu Mikro-Rissbildung. Sehen Sie hier Vorteile bei Ihrer Neuentwicklung?

M. Schnyder: Die Beschichtung wurde explizit für schwer zerspanbare Metalle entwickelt. Dank einem extrem tiefen Reibungskoeffizienten – bringt geringere Wärmeentwicklung an den Schneiden – und einer verminderten Affinität gegenüber den zerspanenden Werkstoffen bilden sich keine Aufbauschneiden. Zudem zeichnet sich die Beschichtung durch eine hohe Oxidationsbeständigkeit und Warmhärte aus. Man hat also die Temperatur im Griff, gerade auch im Zusammenhang mit der exzellenten Kühlung. Deshalb sind Mikro-Rissbildungen erheblich seltener und führen kaum zum Versagen der Fräser.

Welche Verbesserungen erreichten Sie durch die neue Geometrie?

M. Schnyder: Die Schneidengeometrie wurde speziell für das Fräsen von schwer zerspanbaren Materialien entwickelt. Sie zeichnet sich durch einen robusten Schneidkeil, einen radialen Hinterschliff und eine ausgeklügelte Präparation der Kanten aus. Das sind wichtige Faktoren, um eine hohe Schneidqualität, Schneidstabilität sowie eine möglichst lange Dauerhaftigkeit garantieren zu können.

Sie sprachen von 10- bis 20-fachem Zeitspanvolumen. Geht das über den Vorschub und die Drehzahl?

M. Schnyder: Sicher über den Vorschub, aber nicht nur. Das wäre unmöglich. Sehen Sie, wenn bisher eine Zustellung von ap 0,1 bis 0,2 x D für das Fräsen ins volle Material als allgemeine Richtlinie galt, so sind wir mit dem CrazyMill Cool heute in der Lage, Tiefen von 1 bis 1,3 x D direkt zu erreichen.

Das hiesse umgerechnet, …

M. Schnyder: … dass bei einer bis fünfmal schnelleren Schnittgeschwindigkeit und einem vergleichbaren Vorschub die Leistung des Fräsers um den Faktor 10 bis 20 verbessert wird. Ausgerechnet bei eher schwierigen Materialien ist der Unterschied in Bezug auf die Leistung am augenfälligsten.

Herr Schnyder, besten Dank für das Interview.<<

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