Acht Kilogramm Stahl pro Minute

Der Maschinenhersteller CHIRON und der Werkzeugspezialist Gühring haben gemeinsam einen  Rekord aufgestellt: Zerspant wurden 1.000 cm³ Stahl (16MnCr5) in 60 Sekunden.

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Geringe Schnittbreite, enorm hohe Vorschübe: der Vorschub pro Zahn lag bei der Anwendung bei 0,5 Millimeter. Das bedeutet zwei Millimeter Vorschub pro Umdrehung.

Extreme Zeitspanvolumen, gewaltiger Vorschub: Beide Unternehmen verfolgten dasselbe Ziel. Nämlich ein Produkt auf den Markt zu bringen, das Sachen Dynamik und Leistung heraus sticht. Die Unternehmen waren mit zwei jeweiligen Produkten – CHIRON mit der neuen FZ 16 five axis und Gühring mit einer Variante des Ratiofräsers Speed – zeitgleich in der Entwicklungsphase. Durch die langjährige Zusammenarbeit im Projektgeschäft sind Gühring und CHIRON ständig in engem Kontakt und Austausch. Bereits vergangenen Sommer gab es gemeinsame erste Tests mit Prototypen.

Als nun beide Produkte, der Ratiofräser und die 5-Achs-Bearbeitungszentrum, marktreif waren, haben sich die Profis zusammengefunden, um die Leistungsfähigkeit unter Realbedingungen unter Beweis zu stellen. „Durch die immer höheren Leistungsanforderungen unserer Kunden haben wir die Idee zum Rekordversuch gemeinsam entwickelt. Und das Ergebnis waren dann unglaubliche 1.000 cm³ Stahl pro Minute“, sagt Frässpezialist Rolf Ehrler von Gühring. Das Zusammenspiel von Maschinendynamik und Frässtabilität macht solche Zeitspanvolumen möglich und wird Herzen im Formenbau, der Luftfahrtindustrie und der Automobilindustrie höher schlagen lassen.

Zwei Produkte, ein Anspruch: Bestleistung

Das Gühring-Werkzeug, der RF 100 Speed P, ist ein Schruppfräser, der eigens für die Bearbeitung von Stahl, hochfestem Stahl und Guss angepasst wurde. Sein 48°-Spiralwinkel mit ungleicher Schneidenteilung sorgt für weichen, ruhigen Schnitt und hohe Laufruhe. Das reduziert die Maschinenbelastung und erhöht die Volumenleistung.

Der optimierte Spanraum, sprich vertiefte Spannut im vorderen Schneidenbereich, führt Späne besser ab beim Rampen und helikalen Eintauchen. So lassen diese sich prozesssicher aus der Maschine befördern. Durch eine Eckenschutzfase und Stirnkorrektur wurde eine stabile Schneidecke realisiert. Spanteiler und extreme Schneidenlänge am Fräser sorgen für weichen Schnitt und hohe Laufruhe. Das reduziert die Maschinenbelastung und erhöht die Volumenleistung.

Die FZ16 S five axis glänzt gleichzeitig mit Bestwerten bei Dynamik und Steifigkeit und stellt damit eine hohe Produktivität sicher.

Perfekte Voraussetzungen für den Einspindler FZ 16 S five axis von CHIRON. Dieses Bearbeitungszentrum ist für besondere Anforderungen an die Genauigkeit bei der 5-Achs-Bearbeitung ausgelegt. Gleichzeitig glänzt es mit Bestwerten bei der Dynamik und stellt damit eine hohe Produktivität sicher. Kurz: Mehr Teile bei höchster Präzision. Essentiell dabei ist das richtige Werkzeug.

Dazu Michael Eble, Leiter der Maschinenentwicklung bei CHIRON, dazu: „Wir haben die Antriebsleistung sowie die Dynamik und Zerspanleistung der Baureihe 16 deutlich erhöht. Spaß macht´s aber erst richtig, wenn der Werkzeughersteller dann in der Pflicht ist, ein noch leistungsfähigeres Werkzeug zu liefern, weil die Maschine noch mehr kann. Dann hat man eigentlich alles richtig gemacht.“

Frässtrategie: HPC-Schruppen

Die Spezialisten von Gühring wendeten die moderne HPC-Strategie an. Die Steuerung der Fräserbahn mit geringer radialer Zustellung ermöglicht ein vergleichsweise sanftes Umsäumen des Werkstücks. HPC-Schruppen eignet sich besonders für die Bearbeitung großer Schnitttiefen, dann bearbeitet der Schruppfräser das Werkstück auf gesamter Tiefe mit der gesamten Schneidenlänge. Die Zerspankräfte werden verringert und gleichmäßig auf die gesamte Schneidenlänge verteilt. Das ermöglicht hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten und lange Standzeiten.

Oliver Staiger, Anwendungstechniker bei CHIRON und Rolf Ehler, Produktmanager Fräswerkzeuge bei Gühring, besprechen die Frässtrategie.

High Performance Cutting ist erste Wahl bei Anwendungen mit enormen Zerspanraten. Die zu bearbeitenden Bauteile bestehen in der Regel aus hochfesten Stählen, die erhöhte Anforderungen an die Bearbeitung stellen. Um entsprechende Ergebnisse zu erreichen, wird mit höheren Schnittgeschwindigkeiten, größeren Vorschüben pro Zahn und größeren Schnitttiefen gearbeitet. Die hohen Schnittgeschwindigkeiten sind mithilfe von hohen Umdrehungsfrequenzen zu realisieren, sofern es die Fräsmaschine ermöglicht. Durch die Verwendung der gesamten Länge, werden die Schneiden des Fräsers am Umfang wesentlich weniger belastet. Der Verschleiß verringert sich.

Das Fräsverfahren ist nicht neu, doch erst auf Basis der Leistung heutiger Bearbeitungszentren wie der FZ 16 S five axis sowie Geometrieanpassungen und Verschleißfestigkeit der Fräswerkzeuge zeigt sich HPC als Weiterentwicklung in der Zerspanung, wenn es auf enorme Zeitspanvolumen ankommt. Das große Ziel war es, hier einen Benchmark zu setzen. Bei absoluter Prozesssicherheit.

Rolf Ehrler dazu: „Durch die 48°-Spiralwinkel erzeugen wir einen enorm weichen Schnitt. Das heißt das Werkzeug schält den Span förmlich heraus. Und das Beste daran ist die enorme Laufruhe, die die Maschine schont.“ Das wurde auch durch entsprechende Vibrationsanalyen – in der Maschine integriert – aufgezeichnet und nachgewiesen. Diese Vibrationsanalysen, die Dynamik der Maschine, der leistungsstarke Ratiofräser und die HPC-Frässtrategie garantieren also Prozessstabilität und damit mehr Teile bei höchster Präzision.

Schnittparameter überzeugen

Geringe Schnittbreite, enorm hohe Vorschübe: der Vorschub pro Zahn lag bei der Anwendung bei 0,5 Millimeter. Das bedeutet zwei Millimeter Vorschub pro Umdrehung.

Unter HPC-Bedingungen wird die gesamte Schneidenlänge mit geringer Schnittbreite (5-15 Prozent ae) eingesetzt. Somit können enorm hohe Vorschübe erzielt werden. Der Vorschub pro Zahn betrug im Rekordversuch 0,5 Millimeter. Das bedeutet bei vier Zähnen, zwei Millimeter Vorschub pro Umdrehung.

Interessant ist das für alle Unternehmen, die große Mengen an Stahl zu zerspanen haben. Maschinenbauteile, der klassische Werkzeug- und Formenbau, wo sich hauptsächlich hochfeste Stähle finden, aber vor allem auch die Luftfahrt, wo leichte Bauteile aus Vollmaterial mit Zerspanraten von bis zu 96 Prozent erzeugt werden. Natürlich ist die spezielle Scheidengeometrie auch in der Automobil- und Zuliefererindustrie optimal einzusetzen und durch die große Schneidenlänge sehr beliebt.

Michael Eble bei CHIRON zeigt sich zufrieden: „Wir haben es geschafft, die Frässtabilität und Dynamik einer neuen Maschinenbaureihe deutlich zu erhöhen. In Verbindung mit den neuen Gühring-Fräsern RF 100 Speed P ist noch nie da gewesenes möglich.“

Auf einen Blick

FZ 16 S five axis
RF 100 Speed P Fräser-Ø 20 mm, HSK 63
vc = 450 m/min
n  = 7162 U/min
ae = 1,2 mm = 6 %
ap = 63 mm
fz = 0,5 mm
vf = 14324 mm/min
Werkstoff 16MnCr5 1.7131

Kontakt:

www.chiron.de

www.guehring.com