Mikrofräsen filigraner Strukturen in Formeinsätzen

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Mikron Switzerland AG, Division Tool

TU Dortmund Institut für Spanende Fertigung

In Bild 4 sind exemplarisch zwei Werkzeugschneiden nach einem Fräsweg von 1,5 m dargestellt. Bezüglich des Werkzeugverschleißes zeigt sich, dass insbesondere mit der Prozessparameterkombination vc = 150 m/min, fz = 0,04 mm, ap = 0,025 mm und ae = 0,6 mm ein sehr gutes Verschleißverhalten erreicht werden kann, wogegen die gleichen Schnittparameter bei einer Erhöhung der Schnitttiefe auf ap = 0,055 mm zu einem erheblich höheren Werkzeugverschleiß führt.

Werkzeugabdrängung für Mikrofräser ein besonderes Problem

Bei der Fräsbearbeitung mit kleinen Werkzeugdurchmessern stellt die Werkzeugabdrängung ein nicht zu vernachlässigendes Problem dar, das sich bei der Bearbeitung von harten Werkstoffen, wie sie für den Formenbau eingesetzt werden, aufgrund der höheren Zerspankräfte noch verschärft. Die hohen Genauigkeiten der Mikrofräsbearbeitung erfordern eine Vermeidung beziehungsweise Verringerung der durch Werkzeugabdrängung hervorgerufenen Maßabweichungen.

Grundsätzlich kann die Werkzeugabdrängung nicht nur als statischer Prozess betrachtet werden. Durch die Kräfte, die im unterbrochenen Schnitt auf die verschiedenen Schneiden wirken, bewegt sich die Werkzeugspitze während des Fräsprozesses dynamisch in der Bearbeitungsebene. Diese Bewegung erfolgt im Allgemeinen um einen statischen Auslenkungsanteil. Zur Vereinfachung wurde in den dargestellten Untersuchungen dieser statische Anteil verwendet, um die Werkzeugabdrängung zu charakterisieren [3].

Werkzeugabdrängung beim Fräsen wurde untersucht

Die Untersuchung der Werkzeugabdrängung wurde an einfach zu vermessenden Geometrien durchgeführt. Dafür wurden Stege mit einer Breite von 1 mm und einer Höhe von 0,5 mm verwendet. Diese können mit hoher Genauigkeit in einem Rasterelektronenmikroskop (REM) vermessen werden.

Dazu werden bestimmte Bereiche aus den Stegen oder Nuten durch Erodieren herausgetrennt. Von diesen Bereichen werden dann Querschliffe angefertigt, die im REM vermessen werden können.

Mikrofräser-Durchmesser für Genauigkeit beim Fräsen wesentlich

Um den Einfluss des Werkzeugdurchmessers auf die Werkzeugabdrängung zu bestimmen, wurden Versuche mit Werkzeugen der Durchmesser d = 0,2, 0,4 und 1 mm bei gleichbleibenden Schnittparameterwerten durchgeführt. In Bild 5 ist die durch die Werkzeugabdrängung hervorgerufene Abweichung der Stegbreite d vom gewünschten Maß in Abhängigkeit vom Werkzeugdurchmesser dargestellt. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass der Werkzeugdurchmesser einen wesentlichen Faktor hinsichtlich der Genauigkeit des Fräsprozesses darstellt.

Um bei vorgegebenem Werkzeugdurchmesser eine Reduzierung der Werkzeugabdrängung zu erreichen, sind mehrere Möglichkeiten denkbar. Zum einen können durch die Wahl günstiger Schnittparameter niedrige Zerspankräfte und damit eine Verringerung der Werkzeugabdrängung erreicht werden. Außer den Schnittparametern, die oft, beispielsweise aus Gründen des Werkzeugverschleißes, nicht beliebig gewählt werden können, kann die Werkzeugabdrängung auch durch die Wahl der Frässtrategie beeinflusst werden.

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