Alesa-Fräserserie erzielt N5-Oberflächengüten Geniale WSP-Fräsköpfe bringen Ra 0,4 µ Rautiefe

Anbieter zum Thema

ALESA AG

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Fastems Sales Agent: Gennaro Teta (omnino technology)

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Die von Alesa neu entwickelte, mit Wendeschneidplatten (WSP) bestückte Fräserserie erzielt sowohl in Rostfrei als auch Aluminium N5-Oberflächengüten von Ra 0,35 bis 0,5 µ. In Aluminium wurde diese Oberflächengüte mit 2 000 m/min Schnittmetern, einem Zahnvorschub von 0,14–0,16  mm/Z bei einer Schnitttiefe von ap = 4 mm erzielt. Im folgenden Bericht wird aufgezeigt, welche Rolle feinsteinstellbare Fräsköpfe des Schweizer Werkzeugspezialisten Alesa in diesem Technologie­umfeld spielen.

In vielen Bereichen werden höhere Anforderungen an die erzielbaren Oberflächenrauheiten gestellt. In folgendem Bericht geht es darum, wie mit neu entwickelten, fein einstellbaren Fräsköpfen eine exzellente Oberflächenqualität bis N5 bei gleichzeitig vergleichsweise hohen Vorschüben gefertigt werden kann.

Die Anforderungen an exzellente Oberflächen im N5-Bereich nehmen kontinuierlich zu. Das liegt nicht nur in der Anforderung nach besserem Aussehen begründet, sondern kann auch funktionelle Gründe haben.

Bildergalerie

Dabei geht es um die Bearbeitung von Aluminium, Edelstählen wie auch Gussmaterialien. Jeder dieser Werkstoffe stellt andere Anforderungen an Zerspanungswerkzeuge. In den meisten Fällen ist das Fräsen auch günstiger und schneller als das Flachschleifen. Grundsätzlich sollte vermieden werden, dass durch grosse Schnittkräfte und Kaltverfestigung Druckspannungen eingearbeitet werden. Hohe Schnittkräfte, Druck und vor allem die Wärme verformen das Werkstück und haben geometrische Einflüsse auf die Fräser-Aufnahme mit direkten Auswirkungen auf die Ebenheit und Wiederholgenauigkeit.

Wer die Alesa-Werkzeuge kennt, weiss um deren hochpositive Schneidengeometrie der Zerspanungs­werkzeuge. Bei genauer Betrachtung ist die Schärfe einer Schneide allein noch nicht die Lösung. Es spielen mehrere Faktoren zusammen.

Da sich der Werkzeughersteller seit vielen Jahren mit scharf geschliffenen Schneidkanten befasst, hat er in diesem Segment ein sehr hohes Know-how entwickelt. Die scharf geschliffenen, hochpositiven WSP erfüllen die Grundvoraussetzung für eine effiziente wie auch weich schneidende Spanbildung. Das erzeugt geringeren Schnittdruck und bringt erheblich weniger Kaltverfestigungen (z. B. bei Chromstahl).

Einschneider: Gute Oberflächenqualität, wenig Produktivität

In erster Linie werden WSP mit Radien und kleiner Planphase zum Feinschlichten eingesetzt. Bei Versuchen mit Einschneidwerkzeugen hat sich gezeigt, dass hervorragende Oberflächenqualitäten und Werkstückgenauigkeiten mit solchen WSP erreicht werden können. Bei Einschneidern lassen sich aber keine hohen Vorschübe fahren, weshalb sie in der in der Praxis für die meisten Komponenten nicht effizient und wirtschaftlich einsetzbar sind.

Hochgenaue WSP-Fräser, die mit umfangsgeschliffenen WSP bestückt werden, bringen dagegen nicht die geforderten Oberflächengüten wie beispielsweise Einschneider.

Genau hier hat Alesa sein neues Werkzeugsortiment positioniert und eine Lösung entwickelt, mit der die Schneidkanten axial in einem µm-Toleranzfeld eingestellt werden können. In Verbindung mit ungleicher Teilung, grossen Spiralwinkeln und einer optimalen Kühlmediumzuführung je Plattensitz und im Fräszentrum steht damit eine einmalige Lösung ab Lager zur Verfügung, um höchste Oberflächengüten zu erzielen.

Entwicklung einer neuen Feinschlichtfamilie

Auf Basis der «Delta TNFU18»-Wendeplatten-Familie (WSP) gibt es seit Frühling 2023 eine neue Feinschlicht(FS)-Werkzeugfamilie im Durchmesserbereich von 43 mm bis 125 mm. Die weiteren Vorteile der Delta-Technologie liegen darin, dass auch eine Vielfalt von bestehenden WSP ab Lager eingesetzt werden können.

Anwendungs- und werkstoffspezifisch ausgeleg­te Feinstkornsubstrate

Entscheidend bei solchen Anwendungen im Hochpräzisionsschlichten sind Feinstkorn-Hartmetalle, die das Substrat der WSP bilden und letztlich mitverantwortlich sind für das Schliffbild der Schneidkanten. Das Spektrum reicht von Feinstkorn-Hartmetall CTS-G bis zum Hochleistungssubstrat CTM für Titan- und Nickelbasis-Werkstoffe. Feinstkorn-Hartmetalle sind sehr verschleissbeständig und erzielen ausgezeichnete Ergebnisse in GG, GGG und Kohlenstoffstählen unter Trockenbearbeitung oder mit Minimalmengenschmierung.

CTS (Feinkorn-Hartmetalle) mit DLC-H-Beschichtung sind eine gute Lösung für Nichteisenwerkstoffe wie Aluminium, Kupfer und Buntmetalle. Mit den CTS-X-TiNox(Normalkorn-Hartmetalle)-WSP werden hauptsächlich Edelstähle und Duplexwerkstoffe bearbeitet.

Wie in den nachfolgenden Anwendungsbeispielen eines Anwenders aufgezeigt wird, haben sich die Werkzeuge bereits in der Praxis bewährt.

Beispiel Ra 0.4 µ bei Alukomponenten aus AlMgSi1

Beim zu bearbeitenden Werkstück handelt es sich um einen dünnwandigen Hohlkörper aus einer AlMgSi1-Legierung. Nachdem die Innenbearbeitung und die Seitenflächen zerspant wurden, muss am Schluss noch die Klemm-Unterseite abgefräst werden. Die fertigungstechnischen Herausforderungen sind eine geforderte Oberflächengüte unterhalb
Ra 0.5 µ sowie eine möglichst geringe Verformung des Werkstücks infolge der Spann- respektive der Zerspankräfte.

Hervorragende Schnittwerte für Aluminium­bearbeitung

Mit folgendem Werkzeug und folgenden Wendeschneidplatten und auf das Werkstück angepassten Schnittdaten konnten die Anforderungen erfüllt werden:

• Einstellbarer Delta-Fräskopf TN18, D 83 mm, Art.-Nr. 1304.0525

• Wendeschneidplatten TNFU18 CTS DLC-H,
  Art.-Nr. 1298.0201

Mit dem oben genannten Fräskörper und den einstellbaren Wendeschneidplatten konnte eine Oberflächenrauheit (Ra) von 0,4–0,5 erzielt werden. Dies bei einer Schnittgeschwindigkeit (vc) von 2000 m/min, einem Zahnvorschub von fz 0,14–0,16 mm/Z, einer Schnitttiefe (ap) 4 mm und Schnittbreite ae = 30 mm sowie Nass-IKZ (Innere Kühlung) von >8%. 20° Spiralwinkel der Werkzeugschneiden erzeugen nicht nur einen hochpositiven Spanwinkel in axialer Richtung, sondern verhindern auch Vibrationen und erzeugen ein «Ziehen» am Werkstück. Letzteres muss bei der Aufspannstrategie des Werkstücks ggf. beachtet werden.

Ra 0,35 bis 0,45 gefräst in Rostfrei 1.4404

Der gleiche Anwender hatte ein ähnliches Anforderungsprofil von Ra 0,45 µ an die Oberflächenbearbeitung von rostfreien Stählen. Auch bei diesem Werkstück dürfen keine Details gezeigt werden. Die zu bearbeitende Fläche ist mit Bohrungen und Absätzen durchsetzt, was Einfluss auf Schnittkraftänderung usw. haben kann. Auch bei dieser Anwendung konnten die neu entwickelten Schlichtfräsköpfe überzeugen.

Da beim Feinschlichten von Rostfrei-Stählen kleine Späne entstehen, die den Schlichtvorgang ggf. stören können, hat in dieser Anwendung die Zentrum-Kühlmittelzuführung das Ergebnis sehr positiv beeinflusst. Sie verhindert, dass Späne in den Zerspanungsprozess zwischen Schneide und Werkstück kommen und die Oberfläche zerkratzen würden. Mit der folgender Werkzeugkonfiguration und auf das Werkstück abgestimmten Schnittdaten konnten die Anforderungen an die N5-Oberflächengüte erfüllt werden:

• Delta-Fräskopf einstellbar TN18 Ø 66 mm,
  Art.-Nr. 1304.0505

• Wendeschneidplatten TNFU18 CTS-X TiNox,
  Art.-Nr. 1298.0267

Bei einer Schnittgeschwindigkeit (vc) von 120 m/min, einem Zahnvorschub (fz) von 0,12–0,14 mm/Z, einer Schnitttiefe (ap) von 0,1 mm und einer Schnittbreite (ae) von 40 mm sowie einer Nass-IKZ (Innere Kühlung) von >8% wurde eine Oberflächenrauheit (Ra) von 0,35–0,45 erzielt.

Damit zeigen die von Alesa entwickelten Fein-​Fräswerkzeuge hervorragende Ergebnisse und bringen noch dazu bemerkenswerte Dynamik, was letztlich matchentscheidend ist, wenn es um die wirtschaftliche Bearbeitung von Komponenten geht.

Entwicklung keramischer WSP

Interessante Aussichten: In absehbarer Zeit werden auch WSP aus neu entwickelten Keramiken für neue Bearbeitungen zur Verfügung stehen.

Anwender, die auch im Segment der feinjustierbaren Präzisionsfräswerkzeuge spezifische Lösungen suchen, finden weitere Informationen im neuen Katalog. Gerne stellen die Alesa-Spezialisten auch den Kontakt zu den Anwendungstechnikern vor Ort her. Und natürlich können Besucher des Zerspanungsseminars im Januar die Frässpezialisten vor Ort mit neuen Fertigungsprojekten beauftragen. (böh) SMM

(ID:49775256)