Ingersoll: Zähharte Nickellegierungen produktiv dreh-fräsen

Lange Werkzeugstandzeit in Inconel 625

| Redakteur: Konrad Mücke

Fräser mit positiven, gefasten Rundplatten erweisen sich als besonders günstig beim Dreh-Fräsen der Schneckengeometrie.
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Fräser mit positiven, gefasten Rundplatten erweisen sich als besonders günstig beim Dreh-Fräsen der Schneckengeometrie. (Bild: Ingersoll)

Zum Fertigen einer Extruderschnecke aus der hitzebeständigen Nickelbasislegierung Inconel 625 (Werkstoff-Nr. 2.4856, NiCr22) haben Zerspanungsspezialisten von Ingersoll beim Lohnfertiger Kinkele das Dreh-Fräsen optimiert. Vor allem verwirklichten sie dabei deutlich verlängerte Werkzeugstandzeiten.

Beim Auftragsfertiger in Ochsenfurt sind wiederholt Extruderschnecken zu fertigen. Dazu nutzen die Fertigungsspezialisten das Dreh-Fräsen. Das Verfahren hat sich bewährt. Die Spezialisten beim Lohnfertiger beherrschen grundsätzlich die Technologie. Allerdings fordern zunehmend verschleissbeständigere und somit schwieriger zu zerspanende Werkstoffe vor allem die Werkzeuge.

Nickellegierung verschleisst Werkzeuge

Die Grundkörper der Extruderschnecken wurden bisher vorwiegend aus Duplex-Stahl gefertigt. Das ist eine gegen Korrosion und Säuren beständige Stahllegierung mit einem aus Ferrit und Austenit gebildeten Gefüge. Dieser Stahl hat eine höhere Festigkeit als korrosionsbeständiger Chrom-Nickel-Stahl. Er lässt sich aber besser umformen als korrosionsbeständiger Chromstahl. Beim spanenden Bearbeiten beansprucht er überdurchschnittlich die Zerspanungswerkzeuge.

Jüngst verlangten die Anwender von Extrudern aber, dass die Schnecken aus nochmals deutlich verschleissbeständigeren Werkstoffen bestehen sollten. Gewählt hat man Nickel-Basislegierungen. Damit will man die Standzeit der Schnecken deutlich verlängern.

Einzelstücke aus dem Vollen

Die aktuell zu fertigenden Extruderschnecken bestehen häufig aus Inconel 625. Dieser Werkstoff zählt zu den Superlegierungen. Wie Hermann Schimmer, Key-Account-Manager bei Ingersoll, berichtet, ist Inconel 625 für seine schlechte Zerspanbarkeit «berüchtigt». Deshalb wird zumeist versucht, Bauteile aus diesem Werkstoff so konturnah wie möglich herzustellen. Das verringert die anschliessende Zerspanung. Dies ist jedoch bei den Extruderschnecken nicht zu verwirklichen. Diese werden üblich als Einzelstücke gefertigt. Sie müssen aus dem vollen Rundstab gefräst werden.

Als erster Bearbeitungsschritt ist ein Einstich auf der Einspannseite zu fräsen. Die Bearbeitung des Schneckenprofils beginnt gegenüber der eingespannten Seite. Dort hat der Schneckenkern den grössten Durchmesser. So ist er sehr stabil. Das vermeidet Schwingungen und ein Durchbiegen aufgrund hoher Zerspanungskräfte.

Fräser mit Rundplatten vorteilhaft

Um das Schneckenprofil im Dreh-Fräsverfahren zu fertigen, wählten die Spezialisten des Werkzeugherstellers Rundplattenwerkzeuge der Serie Blade­MasterPlus. Die Wendeschneidplatten sind allein mit einer zentralen Befestigungsschraube fixiert. Auch ohne weitere Klemmschraube sitzen sie ausreichend stabil. Diese Werkzeuge eignen sich speziell zum Bearbeiten schwer zerspanbarer, exotischer Legierungen. Sie werden üblich beim Fertigen von beispielsweise Turbinenschaufeln eingesetzt. Varianten als Einschraub- und als Aufsteckfräser nach DIN 8030 sind verfügbar.

Ausführungen mit 20 bis 52 mm Durchmesser sind mit Wendeschneidplatten mit 10 mm ausgestattet. Bei 25 bis 80 mm Werkzeugdurchmesser sind Schneidplatten mit 12 mm Durchmesser vorgesehen. Es gibt Werkzeugkörper mit enger Teilung für den gesamten Durchmesserbereich. Zudem stehen Varianten mit weiter Teilung als Semi-Standard zur Verfügung.

Bereits erste Bearbeitungen mit diesen Werkzeugen erwiesen sich als deutlich besser verglichen mit den ehemals genutzten Werkzeugen. Während der Optimierung der Zerspanung der Extruderschnecke stellte sich heraus, dass kleine Änderungen in den Technologieparametern und bei den Geometrien der Wendeschneidplatten einen gravierenden Einfluss auf das Zerspanungsverhalten sowie auf die Genauigkeiten und auf die Oberflächen am Werkstück haben. Bearbeitet wird bei 40 bis 50 m/min Schnittgeschwindigkeit. Das ist bei zähharten Nickelbasislegierungen üblich. Die Zahnvorschübe variierten je nach Eingriffsbreite der Fräser zwischen 0,4 mm (bei voller Umschlingung) und 0,9 mm.

Rundplatten mit positiver, gefaster Geometrie

Bei fortschreitender Bearbeitung hin zu kleineren Durchmessern des Schneckenkerns erweisen sich Werkzeuge der Reihe FormMasterPlus als vorteilhaft. Diese sind mit runden Wendeschneidplatten RHHT1204MOTN ausgestattet. Deren positive, gefaste Geometrie verwirklicht einen weichen Werkzeugeingriff und eine gute Spanbildung in den zähharten Werkstoffen. Die Schneidplatten sind nicht indexiert. Bei kleinen Schnitttiefen ermöglicht das, die Platten deutlich häufiger als üblich zu drehen und erneut zu indexieren. So erweisen sie sich als besonders wirtschaftlich. Mit einer Kombination der Rundplattenfräser der Reihe BladeMasterPlus und FormMasterPlus können die Fertigungsspezialisten beim Lohnfertiger in Ochsenfurt nunmehr die Ex­truderschnecken deutlich produktiver und wirtschaftlicher bearbeiten. Die Werkzeuge arbeiten ohne Schwingungen. Sie verwirklichen deutlich längere Standzeiten verglichen mit ehemals eingesetzten Werkzeugen. SMM

EMO: Halle 3, Stand G30

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