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Werkzeug- und Formenbau

Mit High-speed-Fräsen zum hoch legierten Stahleinsatz

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Trockene Bearbeitung besser als Minimalmengen-Schmierung

Das Spritzgießwerkzeug wird mit Radius- und Toruswerkzeugen (3 und 6 mm Eckenradius) vorgefräst, während die finale Konturierung der rechteckigen Stege für die Fluidkanäle mithilfe feiner Schaftfräser (1 und 2 mm Durchmesser) geschieht. Bild 4 zeigt einige der dafür verwendeten Werkzeuge, die sowohl für hochfrequent drehende Spindeln als auch für die Hartbearbeitung geeignet sind.

Für die Vorbearbeitung werden Spindeldrehzahlen zwischen 6000 und 14.000 min-1 gewählt. Das Feinschlichten der Konturen mit dem Schaftfräser erfolgt bei 18.000 min-1 Spindeldrehzahl. Um die Schneiden der Werkzeuge gleichmäßig zu belasten, wird die Eingriffsbreite in jedem Schnitt konstant gehalten. Obwohl in der Praxis häufig eine minimale Kühlschmierung zur Verbesserung der Oberflächenqualität empfohlen wird, erfolgt die Bearbeitung hier in allen Fertigungsschritten trocken ohne Zugabe eines Kühlschmiermittels. Dies hat eine gute Spanabfuhr zur Folge und führt nicht zu einem vorzeitigen Verschleiß der Werkzeuge.

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Mit der beschriebenen Frässtrategie lassen sich die mikroskopischen Stege und die weiteren Oberflächen des Werkzeugs erfolgreich fertigen (Bild 1). Spritzgießversuche zeigen, dass die Kanalquerschnitte auf der gesamten Länge der teils mäanderförmigen Kanäle vollständig vorliegen.

Beim Fräsen bilden sich der Abstand der aufeinanderfolgenden Fräsbahnen (Zeilensprung) und die Geometrie des Werkzeugs in der Oberfläche des Werkstücks als sogenannte kinematische Rauheit ab. Rauheitsmessungen mit einem Tastschnittgerät zeigen an dem fertig bearbeiteten Formeinsatz eine Rauheit von Ra = 0,32 µm und Rz = 1,6 µm.

Unerwünscht hingegen sind ungleichmäßige Schneideneingriffe durch Vibrationen des Werkzeugs, die sich ebenfalls in der Oberfläche abbilden können. Hier ist bei hochfrequent betriebenen Mikrofräswerkzeugen stets auf möglichst kurze Schneiden- und Einspannlängen zu achten.

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