Optimierte Werkzeuge stellen Schlüssel für wirtschaftlichere Bearbeitung dar

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Leibniz Universität Inst. für Fertigungstechnik u. Werkzeugmaschinen (IFW)

Vor diesem Hintergrund besteht eine Möglichkeit, das Zeitspanvolumen durch die Entwicklung optimierter Werkzeuggeometrien zu steigern. Hierzu bearbeitet das IFW aktuell das Projekt „Steigerung des Zeitspanvolumens beim Fräsen von Titan durch Werkzeugentwicklung“, welches durch die Stiftung Industrieforschung gefördert und durch zahlreiche Unternehmen aus der Luftfahrt- und Werkzeugindustrie unterstützt wird.

Forschungsprojekt soll Werkzeuggeometrien für Titanzerspanung entwickeln

Ziel dieses Projektes ist es, das Zeitspanvolumen im Schaftfräsprozess mit Vollhartmetallwerkzeugen durch die Entwicklung titanspezifischer Fräsermakro- und -mikrogeometrien mindestens um 100% zu steigern. Im Bereich der Fräsermakrogeometrie werden Untersuchungen hinsichtlich des Span- und Freiwinkels sowie des Drallwinkels, des Eckenradius und auch einer Ungleichteilung der Schneiden am Fräserumfang durchgeführt. In Bezug auf die Fräsermikrogeometrie werden Variationen von Schneidkantenverrundungen und Stützfasen betrachtet.

Der limitierende Faktor bei der Erhöhung des Zeitspanvolumens beim Fräsen von Titan ist der hohe Werkzeugverschleiß. Daher werden hier zunächst systematische Untersuchungen des Einflusses der Geometrieattribute Span- und Freiwinkel auf die Werkzeugstandzeit vorgestellt.

Kleine Spanwinkel führen zu einem hohen Verschleiß

Die Untersuchungen zum Einfluss des Span- und Freiwinkels auf den Werkzeugverschleiß wurden mit unbeschichteten Wendeschneidplatten in einem Fräsmesserkopf mit einer eingesetzten Schneide durchgeführt. Bei konventionellen Schnittparametern (vc = 45 m/min, fz = 0,03 mm) ist der Einfluss der Schneidkeilgeometrie auf den Werkzeugverschleiß vernachlässigbar. Alle Werkzeugvarianten zeigten einen geringen Freiflächenverschleiß.

Der maximale Verschleiß betrug VB = 30 µm nach einem Zerspanvolumen von Vw = 470 cm3. Die Variation des Spanwinkels γ bei einer höheren Schnittgeschwindigkeit von vc = 75 m/min zeigte dann, dass größere Spanwinkel zu einer Standzeiterhöhung des Werkzeuges führen (Bild 3).

Bei kleineren Spanwinkeln entstehen aufgrund der hohen mechanischen Belastung Ausbrüche an den Schneidkanten. Diese Ausbrüche erzeugen ein vorzeitiges Werkzeugversagen. Bei größeren Spanwinkeln von γ = 14° und γ = 20° verläuft der Verschleiß deutlich langsamer. Das Werkzeug mit γ = 20° zeigte ebenfalls kleine Ausbrüche an den Schneidkanten aufgrund des geringen Keilwinkels von β = 58°.

Positive Spanwinkel führen auf der einen Seite zu niedrigen Prozesskräften und damit einer geringen mechanischen Belastung der Schneide. Auf der anderen Seite resultieren daraus kleine Keilwinkel, die eine mechanisch instabile Schneide zur Folge haben.

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