Schlüssel für erfolgreiche Mühlenbetriebe

Jan 24, 2024

Es ist nicht schwer, sich darüber zu einigen, wie eine erfolgreiche Fräsanwendung aussieht. Die Anwendung verfügt über eine leistungsfähige Maschine mit Schneidwerkzeugen und Vorrichtungen, die auf das Werkstückmaterial und die Teilekonfiguration abgestimmt sind, um die gewünschte und erwartete Oberflächengüte, den Werkzeugverschleiß und die Werkzeuglebensdauer zu erzielen.

Für jedes Geschäft besteht die Herausforderung jedoch darin, aus einer Vielzahl konkurrierender Technologien die richtige Wahl zu treffen, die Kompromisse zu ermitteln und, wo immer möglich, die neuesten fortschrittlichen Technologie- und Programmierstrategien zu integrieren. Hier erfahren Sie, wie einige führende Technologielieferanten den Mahlprozess und die damit verbundenen Optionen sehen.

In einem aktuellen SME Advanced Manufacturing Now Podcast erläuterte Chuck Somerville, Vertriebsingenieur für Schneidwerkzeuge, Ceratizit USA, Schaumburg, Illinois, was er die „Sechs Schlüssel zu einer erfolgreichen Fräsanwendung“ nennt. Sie beinhalten:

Zu den Überlegungen gehören die Komplexität des Werkstücks, das Qualifikationsniveau der Werkstatt und die Notwendigkeit der Kommunikation zwischen Maschinenbedienern, Programmierern und Einrichtpersonal. „Sie alle haben kein gemeinsames Wissen“, sagte Somerville.

„Der Programmierer weiß, wie man Code generiert. Der Maschinenbediener weiß, wie man die Maschine belädt und die Tasten drückt“, erklärte er. „Aber in vielen Fällen versteht der Programmierer nicht, was passiert, wenn der Bediener den Knopf drückt und die Werkzeuge mit dem Schneiden beginnen.“

Deshalb ist die Maschinenflexibilität so wichtig. Das neue Werkzeugsystem MaxiMill 273 von Ceratizit beispielsweise verfügt über eine hochpräzise prismatische Wendeschneidplatte mit einem positiven Freiwinkel auf beiden Seiten. Die Wendeschneidplatte vereint die Vorteile negativer Wendeschneidplatten, bei denen beide Seiten der Schneidkanten genutzt werden können, mit denen positiver Wendeschneidplatten mit ihren geringen Schnittkräften. Das neue Werkzeugsystem ist auf die meisten Fräswerkstücke ausgerichtet, die einen Materialabtrag von weniger als 0,140 Zoll [3,6 mm] erfordern.

Der MaxiMill 273 Version 2 zeichnet sich durch eine besonders enge Teilung mit maximaler Zähnezahl pro Durchmesser aus, die hohe Vorschübe ermöglicht. Es eignet sich besonders gut für die Massenproduktion von Gusseisenteilen, vor allem in der Automobilindustrie, wie er die „Sechs Schlüssel zu einer erfolgreichen Fräsanwendung“ nennt. Sie beinhalten:

Zu den Überlegungen gehören die Komplexität des Werkstücks, das Qualifikationsniveau der Werkstatt und die Notwendigkeit der Kommunikation zwischen Maschinenbedienern, Programmierern und Einrichtpersonal. „Sie alle haben kein gemeinsames Wissen“, sagte Somerville.

„Der Programmierer weiß, wie man Code generiert. Der Maschinenbediener weiß, wie man die Maschine belädt und die Tasten drückt“, erklärte er. „Aber in vielen Fällen versteht der Programmierer nicht, was passiert, wenn der Bediener den Knopf drückt und die Werkzeuge mit dem Schneiden beginnen.“

Deshalb ist die Maschinenflexibilität so wichtig. Das neue Werkzeugsystem MaxiMill 273 von Ceratizit beispielsweise verfügt über eine hochpräzise prismatische Wendeschneidplatte mit einem positiven Freiwinkel auf beiden Seiten. Die Wendeschneidplatte vereint die Vorteile negativer Wendeschneidplatten, bei denen beide Seiten der Schneidkanten genutzt werden können, mit denen positiver Wendeschneidplatten mit ihren geringen Schnittkräften. Das neue Werkzeugsystem ist auf die meisten Fräswerkstücke ausgerichtet, die einen Materialabtrag von weniger als 0,140 Zoll [3,6 mm] erfordern.

Der MaxiMill 273 Version 2 zeichnet sich durch eine besonders enge Teilung mit maximaler Zähnezahl pro Durchmesser aus, die hohe Vorschübe ermöglicht. Laut Ceratizit eignet es sich besonders gut für die Massenproduktion von Gusseisenteilen, vor allem im Automobilbereich, wo kurze Bearbeitungszeiten bei moderaten Schnitttiefen erforderlich sind.

Bryan Stusak, nationaler Produktmanager – Fräsen, Iscar USA, Arlington, Texas, erläuterte die Grundlagen der Bearbeitbarkeit, die stark vom Härtezustand (Rc) des Werkstückmaterials abhängt. Die Wahl der geeigneten Schneidwerkzeuggeometrie und -beschichtung für ein bestimmtes Werkstückmaterial und eine bestimmte Anwendung sei für den Erfolg von entscheidender Bedeutung, betonte er.

Schneidwerkzeuge müssen das Werkstückmaterial eher scheren als „pflügen“, um Kaltverfestigung und übermäßige Hitze bei der Spanbildung zu verhindern, erklärte Stusak. „Für einen stabilen und sicheren Prozess muss die Werkstückhalterung solide sein. Jegliches Rattern und/oder Vibrationen können zu einer schlechten Teilequalität führen und die Leistung des Schneidwerkzeugs beeinträchtigen“, fügte er hinzu.

„Die Integration grundlegender Fräsanwendungsprinzipien und -strategien in CAD/CAM ist von entscheidender Bedeutung, um ein Qualitätsteil mit optimierter Werkzeuglebensdauer zu erhalten. Für bestimmte Anwendungen/Materialien ist Kühlmittel ein Muss, das als Schmiermittel dient, die Späneabfuhr unterstützt und die Schnittzone kühlt . Hochdruckkühlmittel (HPC) werden immer empfohlen, wenn die Werkzeugmaschine diese Fähigkeit bietet. HPC wirkt als hydraulischer Keil an der Span-/Spanfläche der Schnittstelle des Schneidwerkzeugs und hebt so den Span mit weniger Kraftaufwand ab, um die BUE zu reduzieren und die zu erhöhen Kühlwirkung auf das Schneidwerkzeug und das Werkstück“, sagte Stusak.

Für so unterschiedliche Anwendungen wie Automobil, allgemeiner Maschinenbau und Medizin können die Wendeschneidplattenfräserkonstruktionen von Iscar entweder als vielseitige oder anwendungsspezifische Lösung klassifiziert werden. Für Lohnfertiger, so Stusak, ermöglicht ein vielseitiger Fräser mit einer hohen, positiven Fräsertaschenneigung (axial/radial) Bearbeitungen wie Planfräsen, Schulterfräsen, geschlossenes und offenes Nutenfräsen, spiralförmige Interpolation, Rampenfräsen, Profilfräsen und Kopierfräsen.

Das Heli3Mill-Design von Iscar bietet Vorteile gegenüber dem traditionellen APKT-Stil, den es schon seit „Äonen“ gibt, so das Unternehmen. Erstens verfügt der Fräser über einen echten 90°-Schneidenwinkel mit drei spiralförmigen Schneidkanten, um die Kosten pro Kante im Vergleich zu einer Wendeschneidplatte mit zwei Ecken zu senken. Die V-förmige Tasche des Heli3Mill erfasst die Wendeschneidplatte an zwei Kontaktpunkten in radialer Ausrichtung und sorgt so für eine höhere Klemmsteifigkeit.

„Dieser Fräser ist aufgrund der hohen axialen Spanwinkel, die in die Fräserkonstruktion integriert sind, ideal für leichte Maschinen“, sagte Stusak. Die dreieckigen Schneidkantengeometrien des Heli3Mill sind zusammen mit zahlreichen Sortenoptionen in fünf IC-Größen erhältlich: 5, 7, 10, 15 und 19 mm. Diese Wendeschneidplatten sind für Fräserkörperdurchmesser von 6–152 mm (0,236–6,00 Zoll) erhältlich.

Für anwendungsspezifische Bearbeitungen bietet Iscar die HELIDO H690-Werkzeugreihe mit wahlweise doppelseitigem dreieckigem oder trigonförmigem Einsatz an. Dies reduziert die Kosten pro Edge für Produktionsumgebungen, betonte Stusak. Für schwere Einsätze verfügen HELIDO H490 und HELITANG T490 über eine viereckige Wendeschneidplatte mit dickerem Querschnitt für höhere Vorschübe und Schwermetallentfernungsraten (MRR).

Iscar hat kürzlich achteckige Wendeschneidplatten wie den LOGIQ8TANG und den NEODO S890 eingeführt, die „near-net-shape“-Erwartungen für jedes Industriesegment erfüllen, wenn im Vorfeld eine Kostenanalyse durchgeführt wird, um Bearbeitungskosten, Kosten/Schneide und Werkzeugstandzeit zu vergleichen gegebene Anwendung", fügte Stusak hinzu.

Er wies auch auf die Beliebtheit leichterer Maschinen hin. „Weniger Materialabtrag bei der additiven Fertigung und endkonturnahe Guss-/Schmiedeteile werden immer üblicher. Schaftfräser, die für Endbearbeitungsanwendungen konzipiert sind, d. h. Trommelmühlen, können die Zykluszeiten im Vergleich zu herkömmlichen Kugelfräserkonstruktionen um 50 bis 90 Prozent verkürzen.“

Die Trommelmühlen von Iscar sind in den Ausführungen Vollhartmetall und Multi-Master erhältlich. Auch Fräseinsätze mit geringer Schnitttiefe erfüllen diesen Bedarf. Die Minifräser von Iscar (NANMILL, Heli3Mill und Heli4Mill) bieten eine geringe Schnitttiefe für 90°-Fräsanwendungen. Für eine schnellere MRR erweitert sich Iscars indexierbares Mini Mill-Angebot auch um Schnellvorschub, dh Micro3Feed und NANFEED.

Darüber hinaus sind Schaftfräser mit Späneteilern in Lohnfertigungsbetrieben und Produktionsumgebungen mittlerweile allgegenwärtig. Diese Technologie reduziert die auf das Werkstück ausgeübten radialen Schnittkräfte und sorgt für die Spankontrolle.

Die wichtigsten Faktoren für die erfolgreiche Bearbeitung eines Teils zum Drucken beginnen bei „buchstäblich allem“, erklärte Brian Baker, Produktmanager bei Walter USA LLC, Waukesha, Wisconsin. „Sie müssen mit der richtigen Werkzeugmaschine beginnen, die mit einer ausreichend großen Maschine ausgestattet ist.“ Arbeitsraum, ausreichend PS, Drehmoment und Spindeldrehzahl für die modernen Werkzeuge von heute. Dann muss die Programmierung die richtigen Best-Practice-Methoden verwenden, wie Schaftfräser oder Schulterfräser, die sich sanft in das Material einarbeiten. Und wenn zutreffend, ja, die richtige Kühlmittelmenge Auch Druck, Platzierung und Konzentration sind wichtig“, rät Baker.

„Aber vergessen wir nicht die Werkzeuge. Das richtige Werkzeug für die Anwendung ist auf jeden Fall ein Muss“, fuhr Baker fort.

„Ein Misserfolg in einem dieser Bereiche macht eine erfolgreiche Bearbeitung zu einem harten Kampf, wenn nicht sogar unmöglich.“ Zu diesem Zweck verfügt Walter über eine umfangreiche Auswahl an Fräsprodukten für alle Anwendungen, mit Mikro-Vollhartmetall-Schaftfräsern ab 0,0157 Zoll. [0,4 mm] für die Medizintechnik; 7-schneidige Schaftfräser mit großer Reichweite, die speziell für Titanlegierungen entwickelt wurden; bis hin zu einer großen Auswahl an Wendeschneidplattenfräsern für nahezu jede erdenkliche Anwendung.

Der aktuelle Standardwerkzeugkatalog von Walter umfasst mehr als 44.000 Positionen. Was Werkzeugzeichnungen und -modelle betrifft, so Baker, verfügen die meisten Standardprodukte von Walter bereits über Zeichnungen, die auf der Website des Unternehmens im PDF-, DXF-, STP- oder allen drei Formaten verfügbar sind. Mit der Xpress-Software von Walter können Vertriebsingenieure einige Spezialwerkzeuge vor Ort beim Kunden entwerfen und anbieten und innerhalb von Minuten ein Angebot erstellen, drucken und modellieren.

Der Zulieferer entwickelt außerdem neue und verbesserte Werkzeuge, um höhere Maschinengeschwindigkeiten und Pferdestärken zu bewältigen und so den sich ändernden Anforderungen gerecht zu werden, sagte Baker.

„Ein Beispiel ist unsere M2131-Fräse für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Aluminium. Wir haben buchstäblich Keile in jeden Plattensitz eingearbeitet und Keilnuten in jede Platte geformt, um sie im Körper vor den Zentrifugalkräften der heutigen Hochgeschwindigkeitsspindeln zu schützen und ihnen den Betrieb zu ermöglichen 40.000 U/min oder sogar höher. Aber unsere Spezialität sind unsere Sorten. WHH15X ist unsere neue Spitzensorte für gehärtete Materialien für den Formen- und Formenbau sowie für die Luft- und Raumfahrt- und Energieindustrie.“

Es gibt auch erhebliche Marktveränderungen, denen Tools Rechnung tragen müssen. In der Autoindustrie beispielsweise verwies Baker auf die „massive Verlagerung“ hin zu Elektrofahrzeugen, Karosserieteilen aus Verbundwerkstoffen, Aluminiumrahmen und Motorgehäusen. „Die 90-prozentige Stahl- und Eisenzusammensetzung vergangener Jahrzehnte verschwindet schnell, und der Werkzeugbedarf spiegelt dies wider“, fuhr er fort. „Walter konzentriert sich stark auf die Aluminium- und Titanbearbeitung für die Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie sowie auf die Hartstoffbearbeitung für den Formen- und Formenbau und den Energiesektor, der sich ebenfalls in einem ähnlichen Wandel befindet.“

Der Trend im Maschinendesign geht zu höherer Geschwindigkeit, höherer Produktivität, höherer Genauigkeit, kürzeren Durchlaufzeiten, geringeren Kosten und umweltfreundlichem Betrieb. All dies wird bei der Werkzeugkonstruktion durch die Stabilität der Wendeschneidplatte an der Tasche, die Taschengenauigkeit, das Material des Fräserkörpers und den Rundlauf berücksichtigt.

Laut Gil Getz, leitender globaler Produktmanager bei Kennametal Inc., Latrobe, Pennsylvania, ist Effizienz von entscheidender Bedeutung, um eine schlanke Fertigung oder Lohnfertigung mit kleinen Losgrößen zu ermöglichen, die auf Allzweckmaschinen hergestellt werden.

Der Lohnfertiger sei mit hohen Kosten für Materialmanagement, Nachverfolgung und Lagerung von Materialien, längeren Produktionsvorlaufzeiten und Entfernungen im Materialfluss konfrontiert, was zu hohen Produktionskosten führe, erklärte Getz. Der Fokus von Kennametal beginnt, sagte er, mit einer umfangreichen Auswahl an Fräswerkzeugen, die „eine effiziente und leistungsstarke Lösung“ für jedes Material oder jede Fräsbearbeitungsanforderung bieten.

Aus mehreren Gründen benötigen Geschäfte möglicherweise kundenspezifische Designwerkzeuge. „Das Teil hat möglicherweise einen besonderen Bedarf, der mit einem Standardwerkzeug nicht erfüllt werden kann, etwa eine große Reichweite, eine extrem enge Toleranz oder sogar eine bestimmte Größe“, bemerkte Getz. „Der häufigste Grund für eine kundenspezifische Lösung ist die Kombination mehrerer Vorgänge in einem Werkzeug. Dadurch kann die Zykluszeit häufig erheblich verkürzt werden, da mehrere Durchgänge und Werkzeugwechselzeiten entfallen und mehrere Vorgänge ausgeführt werden müssen.“

Der Hauptvorteil kundenspezifischer Konstruktionswerkzeuge ist laut Getz die Zeitersparnis bei der Spindel. Als zusätzlichen Vorteil nannte er die Prozessvereinfachung. „Die Implementierung eines maßgeschneiderten Lösungstools verlagert die Komplexität der Fertigung vom Bediener oder Programmierer auf den Werkzeughersteller“, fuhr er fort. „Das Tool ist bereits für die Herausforderungen des Betriebs gerüstet.“

Das Werkzeugdesign hängt weitgehend von seiner Funktion ab, sagte Getz. Das Werkzeugdesign hängt weitgehend von seiner Funktion ab, sagte Getz und wies darauf hin, dass mehrere Faktoren berücksichtigt werden müssen – von denen einige große Auswirkungen haben werden. Diese beinhalten:

Viele Geschäfte brauchen auch Vielseitigkeit, sagte Getz. Dies kann die Bearbeitung verschiedener Materialien mit einem Werkzeug oder die Durchführung mehrerer Vorgänge mit einem Werkzeug sowie die Vielseitigkeit für ein einzelnes Werkstückmaterial umfassen.

„Ein Wendeplattenfräser kann in allen Materialien für eine Vielzahl von Anwendungen wie Schulter-, Rampen-, Schlitz-, Tauch- und Spiralfräsen arbeiten“, erklärte Getz. „Mit dem gleichen Fräser können Kunden unterschiedliche Wendeschneidplattengeometrien in Taschen ohne Modifikation und unterschiedliche Wendeschneidplattenqualitäten für die Bearbeitung unterschiedlicher Materialien montieren, was die Produktivität steigert und die Zykluszeit und Bearbeitungskosten reduziert.“

Die Mill 4-15-Serie von Kennametal ist für mehrere Funktionen konzipiert. Getz verwies beispielsweise auf „hervorragende Oberflächenqualität und hohe Zerspanungsraten bei Eckfräsanwendungen“ und eine „doppelseitige Wendeschneidplatte mit vier Schneidkanten sorgt für niedrige Kosten pro Schneide.“

Getz beschrieb die Mill 4-15 als „eindeutigen Game Changer“ und sagte, die Maschinen seien für viele Operationen geeignet und könnten die meisten Materialien verarbeiten. Die neue SGE-R-Wendeschneidplattengeometrie bietet außerdem Rampen- und Spiralinterpolation, was das Werkzeug noch vielseitiger macht.

Ein weiteres Beispiel ist der Planfräser KCFM45, der laut Getz für ein einziges Werkstückmaterial (Gusseisen), eine intelligente Wendeschneidplatte und eine Sortenentwicklung konzipiert ist, die Vielseitigkeit in seinem Raum bietet. Es verfügt über feste und verstellbare Taschensitze und bietet die Möglichkeit für Halbschlicht- und Feinschlichtanwendungen. Mit Hartmetall-, Keramik- und PcBN-Einsätzen ist dieses Werkzeug laut Kennametal eine flexible, kostengünstige und benutzerfreundliche Lösung, die sich ideal für jede Art von CNC-Bearbeitungszentrum eignet. Hartmetalleinsätze eignen sich ideal für die Bearbeitung bei niedrigeren Drehzahlen oder bei dünnwandigen Werkstücken und in weniger stabilen Bedingungen, während Keramikeinsätze höhere Oberflächengeschwindigkeiten bieten, was zu einer höheren Produktivität führt.

Laut Jason Lutch, Anwendungstechniker bei Absolute Machine Tools, Lorain, Ohio, gibt es einen Trend hin zu Werkstätten, die Fräsanwendungen mit hohem Vorschub verwenden. „Daher sind wir aufgefordert, viele unserer neuen Maschinen mit hoher Vorschubgeschwindigkeit auszustatten. Das bedeutet, dass wir geringere Schnitttiefen (DOC) von 0,020“ auf 0,036“ [0,5–0,9 mm] erreichen müssen ], radialer Eingriff von 5 oder 6 Zoll [127, 152 mm] und Vorschubgeschwindigkeit zwischen 180 und 300 ipm (4,5–7,6 m/min). Für die Metallformindustrie, insbesondere für Formhohlräume mit immer komplexeren Formen, erreicht das dynamische Fräsen eine hohe Metallentfernungsrate (MRR), indem so viel Material wie möglich aus dem Hohlraum entfernt und dann mit Endbearbeitungswerkzeugen bearbeitet wird.“

Bei Anwendungen mit geraden Wänden und einfachem Taschenfräsen erzielt das dynamische Fräsen beispielsweise in der Regel die schnellsten Abtragsraten, sagte Lutch. „Wir stoßen auch auf andere Anwendungen, die die gleichen Prinzipien verwenden. Aber anstatt einen DOC von 0,38 bis 0,76 mm (0,015 bis 0,030 Zoll) oder 1,02 mm (040 Zoll) zu haben, haben sie einen Seitenlader mit axialer DOC von 0,020" bis 0,040 [0,5-1,02 mm], so dass sie einen Halbzoll-Schaftfräser eineinhalb Zoll tief vergraben und 0,020" [0,5 mm] in einem Durchgang, aber bei sehr hoher Drehzahl, aufnehmen und sehr hohe Vorschubgeschwindigkeit. Die Verwendung eines tiefen DOC hat einen Nachteil, wenn die Formen unterschiedliche Neigungen und Konturen aufweisen. Für die Endbearbeitung bleibt etwas mehr Material zurück, da sich der DOC nicht so gut an die Wand anpasst wie ein Hochvorschubfräser“, betonte Lutch.

„Viele dynamische Fräs- und CAM-Software wurde an die unteren Spindeln im Bereich von 8.000 bis 15.000 U/min angepasst“, sagte er. „Zum Beispiel ermöglichen viele dynamische Fräsvorgänge oder Wirbelfräsvorgänge, die mit CAM-Software wie Mastercam durchgeführt werden können, die Steuerung von Vorschub und Geschwindigkeit entsprechend den Leistungsbeschränkungen der Maschine. Ob 10 PS oder 50 PS, die maximale MRR kann gewählt werden.“ um die Maschine nicht zu überfordern.“

Laut Lutch können Sie beim trochoidalen oder dynamischen Fräsen Ihre Tasche, den Abstand, den DOC und die Drehzahl auswählen, die den Fräser im Eingriff hält, um den Metallabtrag zu maximieren.

CAM-Software hat mit Einrichtungsblättern und Datenblättern einen langen Weg zurückgelegt. Der Programmierer sei jetzt der Ansprechpartner, wenn es um eine hohe MRR gehe, sagte Lutch und wies darauf hin, dass die Bediener früher viel mit dem G-Code und der Art und Weise kontrollierten, wie sie an der Maschine programmierten. „Was wir in der Fräswelt festgestellt haben, ist, dass sie sich hin zu CAM-Software verlagert hat“, fuhr er fort. „Mit Software kann man viele Dinge tun. Man kann Werkzeugtabellen und Vorgänge einrichten, wodurch das Frontend des CAM viel einfacher zu bedienen ist.“

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