Horn: Produktiv fräsen Werkzeuge zum Hochvorschubfräsen

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

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Im Werkzeug- und Formenbau lässt sich der Prozess des Hochvorschubfräsens wirtschaftlich und produktiv einsetzen. Das Hochleistungsfräsen beschreibt sich nicht nur durch hohe Zustellungen, sondern auch durch kleine Zustellungen mit hohen Vorschüben beim Hochvorschubfräsen.

Die Zerspanaufgaben haben sich gewandelt. Die Herausforderungen in der Zerspanung sind vielschichtiger und anspruchsvoller geworden. Durch kürzere Produktlebenszyklen und Reduktion der Entwicklungszeiten werden auf einer Maschine in kürzeren Zeitintervallen mehrere unterschiedliche Bauteile gefertigt. Dies bedeutet für den Werkzeughersteller eine zielgerichtete Definition des Werkzeugsystems für die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten. Beispielsweise soll ein Werkzeug nicht nur zum Eckfräsen zum Einsatz kommen, sondern auch die Möglichkeit zum Eintauchen haben. Ein weiterer Aspekt sind dynamische Maschinenkonzepte. Die Verfahrgeschwindigkeiten (Beschleunigung und Abbremsen) der Achsen sowie deren Synchronisation sind deutlich optimiert worden. Für verhältnismässig neue Technologien wie das Trochoidal- und Hochvorschubfräsen müssen die Werkzeugsysteme entsprechend definiert sein, um den dynamischen Belastungen standzuhalten.

Kleine Zustellung, hohes Zeitspanvolumen

Vor einigen Jahren stellte der Werkzeughersteller Horn sein Frässystem DAH zum Hochvorschubfräsen vor. Diese Fräser schneiden stirnseitig. Durch die Belastung in Achsrichtung ist die Werkzeugspindel vorwiegend auf Druck belastet und die Querkräfte sind verhältnismässig niedrig. Wegen der geringen Vibrationsneigung können die Werkzeuge die hohen Belastungen bei üblich 1 mm Zahnvorschub fz und bis 1,2 mm Schnitttiefen ap sicher aufnehmen. Der grosse Radius an der Hauptschneide der dreischneidigen Wendeschneidplatten erzeugt einen weichen Schnitt, sichert eine gleichmässige Aufteilung der Schnittkräfte und damit lange Standzeiten. Auf der Innenseite sorgt ein kleiner Schneidenradius für ein problemloses und schnelles Eintauchen. Ein Primär- und Sekundärfreiwinkel führt zu einem stabilen Keilwinkel und sehr guter Schneidenstabilität. Durch bedeutend höhere Vorschübe als beim konventionellen Fräsen ist das Zerspanvolumen beim Hochvorschubfräsen wesentlich höher, trotz der geringeren Zustelltiefen. Ein Fertigungsbetrieb bearbeitete ein Bauteil aus 42CrMo4, vergütet auf 1000 N/mm². Die Herausforderung bestand in einem Axialeinstich des runden Werkstücks. Der Axialeinstich misst im äusseren Durchmesser etwa 240 mm, ist 40 mm breit und hat ohne Schlichtaufmass eine Tiefe von knapp 90 mm. Mit einem mit Wendeschneidplatten bestückten Vollradius-Torusfräser benötigte der Kunde zum Schruppen des Einstichs rund 100 min. Die Standzeit lag bei 30 Einstichen pro Bestückung des fünfschneidigen Werkzeugs. Der hohe Zeitaufwand verlangte eine Optimierung. Die Techniker von Horn stellten den Prozess auf das Hochvorschubfräsen um. Die Schnittgeschwindigkeit v_c ist auf 150 m/min programmiert. Das Werkzeug taucht helikal mit kontinuierlich 1 mm Zustelltiefe ein. Die Vorschubgeschwindigkeit (Drehzahl des Bauteils) liegt bei 4777 mm/min. Der Vorschub pro Zahn beträgt 0,8 mm. Die neue Bearbeitungszeit des Einstiches beträgt jetzt nur noch sieben Minuten pro Bauteil. Die Standzeit der Wendeschneidplatten erhöhte sich auf 90 Bauteile pro Bestückung.

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Acht nutzbare Schneidkanten

Im Jahr 2020 stellte Horn eine Weiterentwicklung des Werkzeugsystems zum Hochvorschubfräsen vor. Mit den Systemen DAH82 und DAH84 zeigt der Werkzeughersteller eine neue Generation für dieses Fräsverfahren. Die acht nutzbaren Schneiden der präzisionsgesinterten Wendeschneidplatte bieten eine hohe Wirtschaftlichkeit. Die positive Schneidengeometrie sorgt trotz der negativen Einbaulage für einen weichen und ruhigen Schnitt sowie für einen guten Spanabfluss. Die Schneidplatten bietet Horn in dem Substrat SA4B an, welches sich für den universellen Einsatz in zahlreichen Werkstoffen eignet. Der grosse Radius an der Hauptschneide der Wendeschneidplatte erzeugt einen weichen Schnitt, sichert eine gleichmässige Aufteilung der Schnittkräfte und sorgt damit für lange Standzeiten. Die maximale Schnitttiefe liegt bei 1,0 mm (DAH82) und 1,5 mm (DAH84). Beim Schruppfräsen einer Form beweist das Werkzeugsystem seine Vorteile. Der Anwender benötigte mit dem bisher eingesetzten Werkzeugsystem zum Hochvorschubfräsen rund 15 min für den Bearbeitungsprozess. Mit dem Werkzeugsystem DAH82 konnte er die Bearbeitungszeit auf unter 6 min reduzieren. Dies gelang durch die Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit von 2500 mm/min auf nun 6900 mm/min. Neben der verkürzten Bearbeitungszeit erhöhte sich darüber hinaus auch der Standweg pro Schneidkante. Die Werkzeugsysteme der Paul Horn GmbH bieten dem Anwender die Möglichkeit, seine Zerspanprozesse heute und in der Zukunft produktiv und kosteneffizient zu gestalten. SMM

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