CUTTING EDGE vol.1

HSC-Fräsen von Superlegierungen mit Vollkeramik-Schaftfräsern

HSC-Fräsen von Superlegierungen  mit Vollkeramik-Schaftfräsern

Neue Leistungsdimensionen beim Fräsen hitzebeständiger Legierungen

Derzeit entwickeln wir neue Keramik-Schaftfräser für extrem hohe Schnittgeschwindigkeiten, bei denen herkömmliche Vollhartmetall-Schaftfräser aufgrund der physikalischen Gegebenheiten gewisse Leistungsgrenzen haben. Die Schaftfräser müssen eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aufweisen, um bei den für die Zerspanung hitzebeständiger Legierungen erforderlichen extrem hohen Schnittgeschwindigkeiten Leistung zu erbringen. Werden für die Zerspanung hitzebeständiger Legierungen herkömmliche Vollhartmetall-Schaftfräser eingesetzt, muss die erzeugte Wärme reduziert oder sehr aufwendig abgeleitet werden, um die Werkzeugstandzeit aufrechtzuerhalten. Dies bedeutet, dass die Schnittgeschwindigkeit auf üblicherweise ca. 70 m/min zu begrenzen ist. Mit Keramikfräsern können hingegen die Schnittgeschwindigkeiten um 500 m/min und höher liegen. Dies führt zur Entfestigung des Werkstoffs durch die beim Fräsen erzeugte Hitze.  So widersprüchlich es klingt, aber hitzebeständige Legierungen weichen bei ca. 1000 °C auf, da Tragfähigkeit und Zugfestigkeit in diesem Temperaturbereich reduziert sind. Während Vollhartmetall-Schaftfräser und eventuelle Beschichtungen an derart hohen Temperaturen scheitern, ist dies für Keramik-Schaftfräser kein Problem. Dieser neue Keramik-Schaftfräser überzeugt selbst unter Temperaturen, bei denen glühend rote Späne (siehe Foto 1) abgeführt werden.

Foto 1: Zerspanung mit Keramik-Schaftfräsern

Deutliche Steigerung von Effizienz und Werkzeugstandzeit

Keramik-Schaftfräser funktionieren bei der Zerspanung hitzebeständiger Legierungen anders als Vollhartmetall-Schaftfräser. In der Tat könnte man bei diesem Prinzip eher von „Abflämmen“ als von „Zerspanen“ sprechen. Die Schneidkante des Werkzeugs schweißt den Werkstoff leicht an, erleidet jedoch dank der hervorragenden Temperaturbeständigkeit von Keramik gegen die beim Zerspanen erzeugte Hitze keine nennenswerten Schäden. Im Vergleich zu Vollhartmetall-Schaftfräsern weisen Keramik-Schaftfräser daher eine erheblich längere Werkzeugstandzeit auf. Darüber hinaus kommt es bei Vollhartmetall-Schaftfräsern häufig bereits in der Anfangsphase der Bearbeitung zu Ausbrüchen, während Keramik-Schaftfräser bis zu 7 Mal länger halten (siehe. Abb.. 1). Vollhartmetall-Schaftfräser sind im Gegensatz zu Keramik-Schaftfräsern nicht für hocheffizientes HSC-Fräsen konzipiert, was ein entscheidender Vorteil von Keramik-Schaftfräsern ist (siehe Abb. 2). Aufgrund der für die thermische Entfestigung erforderlichen Geschwindigkeit, liegt bei Keramik-Schaftfräsern der Schwerpunkt auf den hohen Anforderungen der Werkzeugmaschine, ohne dabei Abrieb oder sonstige Schäden zu verursachen. Die Spindeln der Werkzeugmaschinen müssen daher in der Lage sein, extrem hohe Drehzahlen auszuhalten, was Werkzeugmaschinen von höchstmöglicher Qualität erfordert.

Hiroshi Watanabe, F&E-Zentrum für Vollhartmetallwerkzeuge

Weitere Nutzung von Keramik-Schaftfräsern

Ich war bereits an den frühen Phasen der Produktentwicklung beteiligt, und mir wurde schnell klar, was für eine Herausforderung es war, die optimalen Bearbeitungsbedingungen zu ermitteln. Wiederholter Werkzeugbruch und Abriebschäden verhinderten leider eine zufriedenstellende Produktbewertung. Dank unseres starken Willens, die besten Möglichkeiten für die Anwendung der potenziellen Leistung von Keramik-Schaftfräsern zu finden, konnten durch fortlaufende Tests schließlich die erforderlichen Werte und Antworten gefunden werden.