Simulation des Wärmeeintrags verbessert Toleranztreue bei der Trockenbearbeitung

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wbk Institut für Produktionstechnik Universität Karlsruhe (TH)

In aktuellen Versuchsreihen wird am WBK der Einfluss der Schneideckenverrundung rε auf den Wärmeeintrag beim Gleich- und Gegenlauffräsen untersucht. Die Prozessparameter sind dabei konstant (Schnittgeschwindigkeit vc = 150 m/min, Vorschub pro Zahn fz = 0,25 mm). Für die Versuche werden Wendeschneidplatten mit einer Verrundung von rε = 0,8, 2,0 und 4,0 mm verwendet (Bild 2, siehe Bildergalerie).

Höherer Schneideckenradius erhöht auch thermische Belastung beim Fräsen

Die Analyse der experimentell ermittelten Wärmestromdichten zeigt, dass die thermische Belastung der Probenbauteile mit ansteigendem Schneideckenradius zunimmt, unabhängig von der eingesetzten Bearbeitungsstrategie (Gleich- beziehungsweise Gegenlauffräsen) (Bild 3).

Ursache ist die Vergrößerung der wirksamen Schneiden- beziehungsweise Kontaktfläche bei steigendem Schneideckenradius, wodurch es zu einer Zunahme von Reib- und Quetschvorgängen und damit der thermischen Belastung im Bereich zwischen Werkzeug und Werkstück kommt. Ein weiterer Grund für die erhöhte thermische Belastung der Probenkörper mit steigendem Schneideckenradius ist, dass mit zunehmender Verrundung rε die Materialtrennung mehr auf Quetsch- als auf reine Schneidvorgänge zurückzuführen ist.

Gleichlauffräsen und Gegenlauffräsen mit einheitlichen Werten

Die Untersuchung der Zunahme der induzierten Wärmestromdichten für unterschiedliche Schneideckenradien zeigt, dass sowohl beim Gleich- als auch beim Gegenlauffräsen einheitliche Werte vorliegen. So nimmt die thermische Belastung bei beiden Bearbeitungsstrategien von rε = 0,8 mm auf 4,0 mm um etwa 37% zu.

Eine Gegenüberstellung der induzierten Wärmestromdichten bei gleichen Prozessparametern zeigt, dass eine Bearbeitung der Probenkörper im Gleichlauf eine erhöhte thermische Belastung der Probenkörper im Vergleich zum Gegenlauffräsen verursacht, unabhängig von der Verrundung der Schneiden. Der verminderte Wärmeeintrag beim Gegenlauffräsen ist auf eine Abhängigkeit zwischen Schneidentemperatur, Spanungsdicke und deren Verteilung in der Spanbildungszone zurückzuführen. So wird die maximale Spanungsdicke aufgrund der Kinematik beim Gegenlauffräsen in ausreichender Entfernung zur auszubildenden Oberfläche erreicht, wodurch sich die besonders heißen Bereiche der Scherzone ebenfalls in ausreichender Entfernung zur entstehenden Oberfläche befinden.

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