Höhere Prozesssicherheit beim Mikrofräsen von gehärtetem Stahl

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Abgeleitet aus diesen kombinierten Voruntersuchungen zur Kühlschmierstrategie und zur Schneidstoffwahl konnten die folgenden Schlussfolgerungen gezogen werden:

Vollhartmetallwerkzeuge eignen sich bei der Bearbeitung gehärteter Formeinsätze ausschließlich für das Schruppen. Nachteilig sind vor allem der hohe Werkzeugverschleiß und die damit einhergehende geringere Abbildungstreue. Jedoch sind diese Werkzeuge aufgrund ihrer hohen Zähigkeit vergleichsweise unempfindlich gegen wechselnde Eingriffsbedingungen, wie sie bei der Schruppbearbeitung häufig vorkommen. Ein weiterer Vorteil sind die geringen Werkzeugkosten.

CBN-Werkzeuge für das Schlichten von gehärteten Formen

CBN-Werkzeuge sind insbesondere für die Schlichtbearbeitung gehärteter Formen und Werkzeuge geeignet. Sie zeichnen sich durch geringen Werkzeugverschleiß und hohe Abbildungstreue aus.

Voraussetzung für den prozesssicheren Einsatz ist ein für die Schlichtbearbeitung typisches, konstantes Aufmaß, weil diese Werkzeuge zwar wesentlicher härter als Hartmetallwerkzeuge sind, dabei jedoch auch spröder und bruchanfälliger bei Wechselbelastung. Als weiterer Nachteil für einen Einsatz auch bei der Vorbearbeitung erweisen sich die hohen Werkzeugkosten, welche ungefähr vier- bis sechsmal höher als bei vergleichbaren VHM-Werkzeugen sind.

Mikro-CBN-Fräser mit zwei Varianten an Schnittparametern untersucht

Für die Untersuchungen zur Schnittwertoptimierung wurden zunächst kommerziell erhältliche Mikro-CBN-Fräser analysiert und Herstellerempfehlungen für Schnittwerte gegenübergestellt. Die Empfehlungen der Schnittparameter für CBN-Werkzeuge bei der Hartbearbeitung über 55 HRC liegen bei den Zahnvorschüben im Bereich von 8 bis 19 µm und bei den Schnittgeschwindigkeiten zwischen 70 und 80 m/min.

Darauf aufbauend erfolgten Untersuchungen mit zwei Varianten an Schnittparametern (Tabelle – siehe Bildergalerie). Diese wurden jeweils mit Werkzeugen verschiedener Hersteller gestestet.

Unterschiedliche Schnittparameter beim Mikrofräsen ergeben unterschiedliches Spänebild

Die Ergebnisse der Untersuchungen verdeutlichen, dass selbst CBN-Werkzeuge verschiedener Hersteller mit ihrer jeweils spezifischen Schneidengeometrie bei doppelten Zahnvorschüben und mit zehnfach geringerer Eingriffsbreite (Variante 1) qualitative Vorteile in Bezug auf die gemittelte Rauhtiefe im Vergleich zu Variante 2 erzielen. Die gemittelte Rauhtiefe Rz liegt für Variante 1 bei 0,5 µm und für Variante 2 bei 0,74 µm.

Die beiden Schnittparametervariationen ergeben auch ein unterschiedliches Spänebild (Bild 5 und 6). Variante 1 erzeugt durchschnittlich 35 µm große Späne, bei Variante 2 sind die entstehenden Späne mehr als doppelt so groß (79 µm).

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