Mikrofräsen filigraner Strukturen in Formeinsätzen

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Schages GmbH & Co.KG

trivid GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

TU Dortmund Institut für Spanende Fertigung

Es wurden ebene Bahnen mit einem Werkzeugdurchmesser d = 1 mm gefräst. Dabei wurden zunächst verschiedene Werkzeugtypen sowie die Kühlschmierstoffkonzepte Trockenbearbeitung und Minimalmengenschmierung miteinander verglichen. Für einen Werkzeugtyp wurden darüber hinaus die Einflüsse verschiedener Bearbeitungsparameter auf den Werkzeugverschleiß, die Zerspankraft und die resultierende Oberflächengüte untersucht.

Spezielle Mikrowerkzeuge zum Fräsen von gehärtetem Stahl

In Bild 1 (siehe Bildergalerie) sind die durchschnittliche maximale Zerspankraft und die maximale Verschleißmarkenbreite an der Nebenschneide nach einem Fräsweg von 1,5 m für die eingesetzten Werkzeuge dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein Standardwerkzeug (Typ I) sowie zwei Werkzeuge, die von den Herstellern speziell für die Bearbeitung gehärteter Materialien vorgesehen sind (Typ II und III).

Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Zerspankräfte als auch der Verschleiß beim Werkzeugtyp III am geringsten sind und somit dieses Werkzeug bei den verwendeten Bearbeitungsparametern am besten für die Zerspanung des Schnellarbeitsstahls geeignet ist. Erwartungsgemäß ergibt sich bei der Verwendung einer Minimalmengenkühlschmierung (MMKS) ein deutlich besseres Ergebnis hinsichtlich der Zerspankraft und des Werkzeugverschleißes als bei einer Trockenbearbeitung.

Für die Untersuchung unterschiedlicher Bearbeitungsparameter wurde aufgrund dieser Ergebnisse der Werkzeugtyp I unter Verwendung einer MMKS ausgewählt. Der Zahnvorschub fz und die Schnitttiefe ap wurden zwischen 0,04 und 0,055 mm, die Eingriffsbreite ae zwischen 0,2 und 0,4 mm und die Schnittgeschwindigkeit vc zwischen 110 und 190 m/min variiert. Die Anzahl der durchzuführenden Versuche wurde mittels statistischer Versuchsplanung mit anschließender Modellbildung reduziert.

Größere Schnitttiefe erhöht Verschleißmarkenbreite der Mikrofräser

In Bild 2 sind beispielhaft die Zerspankraft und der Werkzeugverschleiß in Abhängigkeit von Schnitttiefe und Schnittgeschwindigkeit dargestellt. Eine größere Schnitttiefe führt aufgrund des höheren Spanungsquerschnitts erwartungsgemäß auch zu einer höheren Zerspankraft und ebenfalls zu einer höheren Verschleißmarkenbreite.

Die Schnittgeschwindigkeit übt nur einen geringen Einfluss auf die Zerspankraft und den Werkzeugverschleiß aus. Eine höhere Schnittgeschwindigkeit führt zu geringfügig größeren Kräften und höherem Verschleiß.

Grundsätzlich ist das Ziel der Untersuchungen die Ermittlung von Schnittparameterkombinationen, mit denen ein hohes Zerspanvolumen bei möglichst geringem Verschleiß erreicht werden kann. Das Zerspanvolumen berechnet sich aus dem Produkt der Schnitttiefe, der seitlichen Eingriffsbreite und des Fräswegs.

Zerspanvolumen von Mikrofräsern über größere seitliche Eingriffsbreite steigerbar

In Bild 3 ist deshalb der Einfluss des Zerspanvolumens auf die Zerspankraft und den Werkzeugverschleiß bei unterschiedlichen seitlichen Eingriffsbreiten dargestellt. Es ist zu erkennen, dass sich bei größerer seitlicher Eingriffsbreite ein höheres Zerspanvolumen bei etwa gleichen Zerspankräften erreichen lässt. Insofern ist es in diesem Fall sinnvoll, ein höheres Zerspanvolumen durch eine Erhöhung der seitlichen Eingriffbreite und nicht über eine Erhöhung der Schnitttiefe zu erreichen.

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