Bild: Knarr Unternehmensgruppe, Wolfgang Bahle, Emuge-Franken
Über 90 Prozent schneller

Bei kundenspezifischen Formplatten vertraut die Knarr Unternehmensgruppe auf Kreissegmentfräser von Franken. Im Zusammenspiel mit speziellen 5-Achs-Strategien erlauben die neuartigen Hartmetallfräser eine wesentlich größere axiale Zustellung. Ergebnis sind höhere Standzeitzeiten und Top-Oberflächen, die deutlich schneller gefräst werden.


Vor einigen Jahren präsentierte Emuge-Franken einen neu entwickelten Fräsertyp: Kreissegmentfräser aus Vollhartmetall, die bei ihrer Premiere als Hauptmerkmal über eine konisch-tonnenförmige Schneidengeometrie verfügten. Der Clou: Durch den so erzielten größeren Schneidenradius kann bei vielen Bearbeitungsaufgaben beim Schlichten gegenüber herkömmlichen Kugel- oder Torusfräsern – bei mindestens gleicher oder sogar besserer Oberflächengüte – eine deutlich größere axiale Zustellung gefahren werden. Doch warum Kreissegment? „Prinzipiell lautet beim Schlichten die Faustformel: Je größer der Werkzeugdurchmesser, desto mehr kann zugestellt werden”, erklärt Walter Bauer, Außendienstmitarbeiter von Emuge-Franken.


Und hier kommt bei den Kreissegmentfräsern nun zusätzlich das CAM-System ins Spiel, dessen Algorithmen einen vielfach größeren Werkzeugradius verrechnen können. „Es ist nur ein Segment des Kreises auf dem Umfang des Werkzeugs abgebildet. So erzeugen wir einen theoretischen Kreis und damit Bewegungen, die einem Kugelfräser mit Schneidendurchmesser von 12°mm bis zu 3000°mm und mehr entsprechen können.“ Der Effekt: Die Bearbeitungszeit sinkt drastisch, das Werkzeug hält deutlich länger, und das Werkstück bekommt eine verbesserte Oberfläche. Dies bestätigt Marco Mergner von der Knarr Unternehmensgruppe, einem Komplettanbieter für den Werkzeug- und Formenbau im nordbayerischen Helmbrechts.


„Wir haben seit Oktober 2016 die Kreissegmentfräser von Franken im Einsatz und waren – trotz anfänglicher Skepsis – nach den ersten Tests von den Vorteilen überzeugt”, so der Abteilungsleiter für Plattenbearbeitung und Formaufbaufräsen des oberfränkischen Erfolgsunternehmens. Neben einem großen Katalogprogramm an Platten aus dem Spezialformenstahl Toolox 33 sowie zahlreichen Standardwerkzeugstählen werden von Knarr seit gut vier Jahren auch Formplatten angeboten, die, nach Kundenvorgabe bearbeitet, ausgeliefert werden. Um die Bearbeitung solcher Formplatten ging es auch, als bei Knarr getestet wurde, ob die Kreissegmentfräser auch in der Praxis wirklich so gut sind, wie es der Hersteller Franken verspricht.

 

CAM-System gab den Anstoß


„Mir war Emuge-Franken zwar von den Gewindebohrern bekannt, auf das Thema Tonnenfräser sind wir aber über die Firma OpenMind aufmerksam geworden”, erinnert sich Mergner. Denn die NC-Programme für die hochmodernen und zum großen Teil 5-achsigen Bearbeitungszentren (BAZ) entstehen fast ausschließlich mit dem CAM-System Hypermill. Zu den diversen verwendeten Ausbaustufen der CAM-Software zählt bei Knarr auch das Modul Maxx Machining. „Mit den neuen Zyklen von Maxx Machining können die Geometrien der Tonnenfräser angelegt und die speziellen Fräsbahnen berechnet werden”, erklärt Mergner, der bei Knarr für den CAM-Bereich mitverantwortlich ist.


Die wesentlich größeren Bahnabstände, die mit diesen speziell für Kreissegmentfräser entwickelten 5-Achs-Strategien möglich sind, schienen eine immens hohe Zeitersparnis zu versprechen. Herauszufinden, dass der Werkzeughersteller Franken Hartmetallfräser dieser Art im Programm hat, war nicht schwierig. So kam der Kontakt zum Außendienstmitarbeiter Walter Bauer von Emuge-Franken zustande, und nach einem kurzen Kennenlernen und einer kompetenten Beratung traf wenige Tage später ein Paket mit einer Auswahl an Kreissegmentfräsern zum Testen in Helmbrechts ein. Zusammen mit den Fräsergeometrie- und Schnittdaten, die parallel per E-Mail kamen, konnte mit den Tests begonnen werden.

 

Bereits der erste Test überzeugte


Beim Testwerkstück, an dem sich der ausgewählte 10-mm-Tonnenfräser mit Radius 250°mm (3540L.10250A) beweisen sollte, handelte es sich um eine Formplatte aus Kaltarbeitsstahl 1.2767. Diese sollte beim Kunden als Formrahmenplatte mit konischen Nestern für zwei Einsätze Verwendung finden und war entsprechend zu bearbeiten. Bei der Aufgabe galt es, zwei konische Taschen (etwa 450 mm x 150 mm x 60 mm, Eckenradius: 1°mm) vorzuschlichten und dann auf Fertigmaß (Toleranz +/–1/100 mm) zu bearbeiten. Dies stellte insofern auch eine Herausforderung dar, weil die Formplatte auf 56 HRC gehärtet war.


Die Bearbeitung fand auf einem 5-achsigen BAZ statt – ausschließlich trocken mit Blasluft. Marco Mergner: „Um es gleich vorwegzusagen, wir erzielten auf Anhieb etwa 92 % Zeitersparnis – ungelogen.“ Sein Vergleich bezog sich auf einen 16-mm-Torusfräser mit 2 mm Eckenradius, der bisher beim Schlichten ähnlicher Taschen verwendet wurde. „Mit den von Franken für die Bearbeitungsaufgabe empfohlenen Schnittwerten waren wir beim Abzeilen der schrägen Flächen dank der hohen axialen Zustellung von 1,5 mm bereits nach etwa einer Stunde fertig.“ Die Schnittgeschwindigkeit betrug beim Feinschlichten 120°mm/min, der Vorschub pro Zahn 0,04 mm und die seitliche Zustellung 0,1 mm. Beim Vorschlichten lagen die Werte geringfügig darunter. „Mit dem Torusfräser hätten wir für das Schlichten der gleichen Tasche mindestens 12 h benötigt, wobei dieser das Bearbeiten in einem Durchlauf vermutlich nicht durchgehalten hätte.“ Marco Mergner spricht damit einen weiteren Vorteil der Kreissegmentfräser an – die hohen Standzeiten.

 

Hohe Standzeit, gute Oberfläche


Durch den großen Werkzeugradius lässt sich ein längerer Schneidenbereich am Fräser nutzen. Die so mögliche große axiale Zustellung führt dazu, dass die Schneiden des Kreissegmentfräsers gleichmäßiger und damit effektiver im Eingriff sind. Auch die gefräste Oberfläche war sehr zufriedenstellend. Mergner schätzt den erzielten Mittenrauwert Ra auf etwa 0,5 μm. Marco Mergner weist auf einen weiteren Punkt hin, der neben den erwähnten Vorteilen fast noch wichtiger sei: „Wir können mit den Kreissegmentfräsern jetzt Bauteile herstellen, die wir vorher entweder gar nicht oder nur sehr aufwendig fräsen konnten.“ Als Beispiel nennt er einen 66 mm tiefen Durchbruch mit 2 mm-Eckenradien und Toleranzgrad H7. Heute wird eine solche Durchgangstasche mit einem 6-mm-Tonnenfräser prozesssicher bei Knarr gefräst.


Kreissegmentfräser sind beispielsweise immer dann erste Wahl, wenn es sich um Schrägen handelt, die bisher mit Kugel- oder Torusfräsern langwierig abgezeilt wurden. Neben tiefen Taschen oder Durchbrüchen mit kleinen Eckenradien zählen auch einfache Freiformflächen zu den bevorzugten Anwendungsgebieten. Letztere sollten – wegen der gewollt großen Radien der Kreissegmentfräser – nicht allzu komplex sein. Hohe Zeitvorteile hätten Kunden hier beispielsweise beim Schlichten von Impellerblättern, Turbinenschaufeln oder Reifenformen erzielt. Verfahrensbedingt ist das Kreissegmentfräsen nur mit der passenden CAD/CAM-Software und 5-Achs-Maschine möglich. Obwohl die Kreissegmentfräser in Zusammenarbeit mit dem Software-Hersteller OpenMind entwickelt wurden, sei deren Verwendung nicht alleine Hypermill-Anwendern vorbehalten, so Bauer: „Die Kreissegmentfräser, auch Tonnenfräser genannt, werden inzwischen auch von anderen CAM-Systemen wie Tebis oder Mastercam unterstützt – mit steigender Anzahl.“


www.emuge-franken.com  

 

 

 

 

Beitrag aus dima 3/2018:

 

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