Trochoidales Fräsen Produktivität um das Vierfache steigern

Anbieter zum Thema

Hoffmann GmbH Qualitätswerkzeuge-München

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

AXA Entwicklungs- und Maschinenbau GmbH

Rhenus Lub GmbH & Co KG

Fachkräftemangel und Automatisierung erfordern mehr Prozesssicherheit bei der Zerspanung. Viele Unternehmen entdecken deshalb das Trochoidale Fräsen wieder und steigern damit ihre Produktivität um das Vierfache.

Das Zerspanungsverfahren „Trochoidales Fräsen“ gibt es schon seit über zehn Jahren. In Zeiten zunehmender Automatisierung angesichts des wachsenden Fachkräftemangels rückt das Trochoidalfräsen nun aber wieder verstärkt in den Fokus der Aufmerksamkeit, weil es ein hohes Maß an Prozesssicherheit bietet. Beim TPC-Fräsen bewegt sich das Werkzeug in kleinen eliptischen Kreisen entlang einer Randlinie. Dabei berechnet eine leistungsfähige CAD/CAM-Software die Fräsbahn permanent neu. Auch komplexe Formen können so mit hoher Geschwindigkeit bei voller Schnitttiefe gefräst werden. Gleichzeitig sind die wirkenden Schnittkräfte geringer als beim herkömmlichen Fräsen, wodurch das Werkzeug gleichmäßiger beansprucht wird und sich die Standzeiten verlängern.

Das richtige Werkzeug für jede Anwendung

Erfahrene Zerspaner wissen: Trochoidales Fräsen ist mit fast allen Werkzeugen realisierbar. Auch ein klassischer HPC-Schaftfräser kann verwendet werden. Das ist aber nicht immer die wirtschaftlichste Lösung. Die Gründe: Erstens ist sein Substrat auf hohen Verschleiß optimiert. Es ist hart, aber weniger zäh. Zweitens haben klassische Fräser aufgrund der Zustellung weniger Zähne und mehr Spanraum und drittens sind sie für den TPC-Einsatz häufig nicht stabil genug. Das heißt, ein klassischer Schaftfräser kann nur dann für TPC-Fräsen eingesetzt werden, wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit reduziert wird.

Bildergalerie

Anders verhält es sich mit speziell für das Trochoidalfräsen konstruierten Werkzeugen: Diese sind für den Einsatz mit einer geringeren seitlichen Zustellung und einer geringeren Biegebruchgefahr optimiert. Sie sind aus einem sehr zähen Substrat gefertigt, das sehr lange Auskragungen erlaubt. Außerdem benötigen TPC-Fräser weniger Spankammern und haben dadurch mehr Zähne. Sie sind zudem länger (bis zu 5×D) und können infolgedessen größere Schnitttiefen bewerkstelligen. Für komplexe Fräsprozesse mit massivem Spanaufkommen ist der Einsatz von TPC-Werkzeugen mit einer erhöhten Anzahl an Spanteilern empfehlenswert. Der Garant Master Inox TPC-Fräser ist beispielsweise aus optimiertem Vollhartmetall-Substrat gefertigt und zeigt sich selbst bei der Bearbeitung von rostfreien Stählen und Duplex extrem biegebruchfest. Ein verstärkter Kerndurchmesser gibt dem Werkzeug die für den TPC-Einsatz notwendige Stabilität. Die Schneidengeometrie besteht aus sechs Zähnen, gezielt präparierten Schneidkanten und einer erhöhten Zahl an Spanbrechern, die die besonders kurzen Späne in den Spanräumen sicher einrollen und abführen – was die Prozesssicherheit erhöht.

Im Werkzeugtest vier Mal produktiver

Um das TPC-Verfahren anzuwenden, ist der Einsatz einer leistungsfähigen CAD/CAM-Software unabdingbar. Die Software muss die optimale Fräsbahn ständig neu berechnen, entlang derer das Werkzeug die Konturen aus dem Werkstück fräst. Die zweite Voraussetzung, die erfüllt sein muss, ist die stabile Spannung von Bauteil und Werkzeug. Das heißt, die Werkzeugaufnahme muss zusätzlich mit einer Auszugssicherung versehen sein, damit die Axialkräfte das Werkzeug nicht herausziehen können. Der sogenannte Korkenzieher-Effekt, der bei steigender Zustellung durch die Zunahme an Kontaktpunkten zwischen Werkzeug und Bauteil auftreten kann, wird auf diesem Weg unterbunden.

Gesetzt den Fall, dass beide Bedingungen erfüllt sind, kann die Trochoidalfrässtrategie mit TPC-Werkzeug ihre Vorteile voll ausspielen: hohe Prozesssicherheit bei gleichzeitig verkürzter Produktionszeit. Oftmals ist damit einhergehend ein geringerer Ausschuss und somit eine Senkung der Stückkosten zu beobachten.

Ein Werkzeugtest unterstreicht die Vorteile des TPC-Verfahrens: Im Werkzeugtest wurden tiefe Kavitäten, in diesem Fall Nuten, in das schwer zerspanbare Material 1.4571 gefräst. Die Nuten waren 10 Millimeter breit und 40 Millimeter tief.

WISSENSFORUM ZERSPANUNG

Seien Sie dabei, wenn sich die Branche am 24. November in Würzburg trifft

Antworten auf aktuelle Herausforderungen in der Zerspanung geben führende Werkzeughersteller, namhafte Maschinenbauer und Forschungseinrichtungen auf dem Wissensforum des MM Maschinenmarkt. Erleben Sie ein spannendes Programm rund um Vorträge und Workshops zu aktuellen Trends, die Ihre Prozesse auf ein neues Level heben. Die Veranstaltung richtet sich branchenübergreifend an Fach- und Führungskräfte aus produzierenden Unternehmen, Werkzeug- und Maschinenherstellern, Dienstleistern im Zerspanungsbereich sowie Hochschulen & Forschungseinrichtungen.

Jetzt Ticket sichern!

Im ersten Durchlauf wurde ein klassischer HPC-Schaftfräser mit einem Durchmesser von 8 Millimetern und einer Schneidenlänge von 21 Millimetern verwendet. Folgende Maschineneinstellungen wurden vorgenommen: V_c= 100 Meter pro Minute (3900 Umdrehungen pro Minute), f_z= 0,03, a_e= 1×D und a_p= 1×D, was vier Zustellungen ergabt. Im Ergebnis konnten 30 Nuten gefertigt werden, wobei die Prozesssicherheit verhältnismäßig gering ist.

Der gleiche Werkstoff wurde im zweiten Durchlauf mit einem TPC-Fräser mit 8 Millimetern Durchmesser, 5×D Länge und der Trochoidalen Frässtrategie bearbeitet. Folgende Einstellungen werden vorgenommen: V_c= 200 Meter pro Minute (8.000 Umdrehungen pro Minute), h_max= 0,2, f_z= 0,739, a_e=0,15 Millimeter und a_p= 39,5, wobei 0,5 Millimeter Aufmaß am Boden zum Schlichten zugegeben werden. Im Ergebnis wurden 120 Nuten mit hoher Prozesssicherheit gefräst.

Der Werkzeugtest veranschaulicht, dass die Trochoidale Frässtrategie im Zusammenspiel mit einem perfekt abgestimmten TPC-Werkzeug auf das zu bearbeitende Material zu einer vierfach höheren Produktivität führen kann.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Geschäftliche E-Mail

Bitte geben Sie eine gültige E-Mailadresse ein.

Abonnieren

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Stand vom 15.04.2021

Es ist für uns eine Selbstverständlichkeit, dass wir verantwortungsvoll mit Ihren personenbezogenen Daten umgehen. Sofern wir personenbezogene Daten von Ihnen erheben, verarbeiten wir diese unter Beachtung der geltenden Datenschutzvorschriften. Detaillierte Informationen finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Einwilligung in die Verwendung von Daten zu Werbezwecken

Ich bin damit einverstanden, dass die Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, Max-Planckstr. 7-9, 97082 Würzburg einschließlich aller mit ihr im Sinne der §§ 15 ff. AktG verbundenen Unternehmen (im weiteren: Vogel Communications Group) meine E-Mail-Adresse für die Zusendung von redaktionellen Newslettern nutzt. Auflistungen der jeweils zugehörigen Unternehmen können hier abgerufen werden.

Der Newsletterinhalt erstreckt sich dabei auf Produkte und Dienstleistungen aller zuvor genannten Unternehmen, darunter beispielsweise Fachzeitschriften und Fachbücher, Veranstaltungen und Messen sowie veranstaltungsbezogene Produkte und Dienstleistungen, Print- und Digital-Mediaangebote und Services wie weitere (redaktionelle) Newsletter, Gewinnspiele, Lead-Kampagnen, Marktforschung im Online- und Offline-Bereich, fachspezifische Webportale und E-Learning-Angebote. Wenn auch meine persönliche Telefonnummer erhoben wurde, darf diese für die Unterbreitung von Angeboten der vorgenannten Produkte und Dienstleistungen der vorgenannten Unternehmen und Marktforschung genutzt werden.

Falls ich im Internet auf Portalen der Vogel Communications Group einschließlich deren mit ihr im Sinne der §§ 15 ff. AktG verbundenen Unternehmen geschützte Inhalte abrufe, muss ich mich mit weiteren Daten für den Zugang zu diesen Inhalten registrieren. Im Gegenzug für diesen gebührenlosen Zugang zu redaktionellen Inhalten dürfen meine Daten im Sinne dieser Einwilligung für die hier genannten Zwecke verwendet werden.

Recht auf Widerruf

Mir ist bewusst, dass ich diese Einwilligung jederzeit für die Zukunft widerrufen kann. Durch meinen Widerruf wird die Rechtmäßigkeit der aufgrund meiner Einwilligung bis zum Widerruf erfolgten Verarbeitung nicht berührt. Um meinen Widerruf zu erklären, kann ich als eine Möglichkeit das unter https://support.vogel.de abrufbare Kontaktformular nutzen. Sofern ich einzelne von mir abonnierte Newsletter nicht mehr erhalten möchte, kann ich darüber hinaus auch den am Ende eines Newsletters eingebundenen Abmeldelink anklicken. Weitere Informationen zu meinem Widerrufsrecht und dessen Ausübung sowie zu den Folgen meines Widerrufs finde ich in der Datenschutzerklärung, Abschnitt Redaktionelle Newsletter.

Sichere Bearbeitung dünnwandiger Werkstücke

Die erhöhte Produktivität der Trochoidalen Strategie kommt zustande, weil die maximale Spanungsdicke (h_max) eingefroren und der Umschlingungswinkel limitiert werden, was das Fräsen mit der gesamten Werkzeuglänge erlaubt. Das ist wichtig, weil bei Bauteilen mit Innenkonturen oder engen Konturen der Umschlingungswinkel sonst binnen kürzester Zeit von 5 oder 10 Grad auf 115 Grad und mehr ansteigen könnte.

Der geringere Kraftaufwand, der beim TPC-Fräsen nötig ist, macht die Bearbeitung dünnwandiger und labiler Werkstücke sicherer – ein Plus für Bauteil und Werkzeug. Zusätzlich ist der Hitzeeintrag während des gesamten Bearbeitungsprozess geringer als bei herkömmlichen Fräsverfahren, was sich positiv auf die nachgelagerten Arbeitsschritte auswirkt.

Trochoidales Fräsen wird deshalb vor allem dort eingesetzt, wo sehr harte Werkstoffe bearbeitet werden müssen, wie im Werkzeug- und Formenbau, im Stahlbau, aber auch in der Lohnfertigung oder im Maschinenbau. Doch auch in automatisierten Umgebungen halten sie aufgrund ihrer herausragenden Prozesssicherheit zunehmen Einzug. Der neue Garant Master Inox-VHM-Schaftfräser TPC hat sich beispielsweise bei internen Tests als extrem prozesssicherer Dauerläufer in rostfreien Stählen und Duplex erwiesen.

Unternehmen, die sehr harte Werkstoffe effizient bearbeiten wollen, können mit der trochoidalen Frässtrategie und einem passenden TPC-Werkzeug ihre Produktivität um das Vierfache steigern. Aufgrund seiner enormen Prozesssicherheit und der langen Standzeiten der Werkzeuge eröffnet das TPC-Verfahren zudem die Möglichkeit, eine Mehr-Maschinen-Bedienung mit der gleichen Anzahl an Facharbeitern zu erreichen. Auch machen die hohe Prozesssicherheit und die langen Standzeiten TPC für den Einsatz in automatisierten Umgebungen interessant. Deshalb dürften nicht zuletzt Unternehmen, die angesichts des fortschreitenden Fachkräftemangels und einer alternden Belegschaft zunehmend auf Automatisierung dem TPC-Verfahren in naher Zukunft frischen Rückenwind verleihen.

* Dominik Rebatz ist Produkt Marketing Manager für Zerspanung und Spanntechnik bei der Hoffmann Group

(ID:48632260)