Schruppfräsen mit deutlich höherem Vorschub pro Zahn, besser bekannt als Hochvorschubfräsen, hat sich in den 1990er Jahren in der Zerspanung etabliert. Der Werkzeug- und Formenbau war eine der ersten Branchen, die das Verfahren in der Fertigung einführten.
Nach diesem Vorbild wollten immer mehr Kunden aus der spanenden Fertigung kürzere Bearbeitungszeiten umsetzen. Die Hochvorschubbearbeitung gilt seither als das geeignete Mittel zur Produktivitätssteigerung. Die Effektivität des Verfahrens basiert zum einen auf der speziellen Fräsergeometrie, zum anderen auf den hohen Vorschubgeschwindigkeiten der Werkzeugmaschinen.
Höherer Vorschub, reduzierte Schnittkräfte und geringere Vibrationen
Ein typisches Hochvorschubwerkzeug hat einen kleinen Anstellwinkel, in der Regel zwischen neun und 17 Grad. Diese charakteristische Schneidengeometrie bringt drei wesentliche Vorteile:
- Erstens kann der Anwender den Vorschub pro Zahn aufgrund der Spanausdünnung erhöhen. Beim herkömmlichen Planfräsen von niedrig legierten Stählen beispielsweise sind Vorschübe von maximal 0,2 Millimeter pro Zahn möglich. Beim Hochvorschubfräsen des gleichen Werkstückstoffs sind dagegen zwei Millimeter pro Zahn die Regel.
- Zweitens ermöglicht diese Geometrie eine geringere Schnitttiefe, was die Schnittkräfte und Leistungsaufnahme reduziert.
- Drittens werden die auftretenden Schnittkräfte beim Hochvorschubfräsen überwiegend axial in Richtung Spindel eingebracht. Dies minimiert die Vibrationsneigung weitgehend und ermöglicht speziell bei Werkzeugen mit langen Auskragungen deutlich stabilere Prozesse.
Produktives Arbeiten mit geringerer Antriebsleistung
Eine höhere Vorschubgeschwindigkeit erfordert maschinenseitig passende Leistungswerte. Beim Hochvorschubfräsen von legiertem Stahl kann die Vorschubgeschwindigkeit 7.000 bis 9.000 Millimeter pro Minute betragen. Mit der Einführung der Hochvorschubbearbeitung hat sich das Konzept des Schruppfräsens enorm verändert. Anstatt hoher Abspanraten bei großer Schnitttiefe und Schnittbreite wird nun mit geringen Schnitttiefen auf Maschinen mit geringer Antriebsleistung sehr produktiv gearbeitet.
Hersteller von Werkzeugmaschinen haben auf diese neuen Anforderungen reagiert und Maschinen entwickelt, die speziell für das Hochvorschubfräsen ausgelegt sind. Diese Anlagen mit relativ niedriger Leistung besitzen drei spezielle Merkmale: ein hohes Drehmoment, eine Spindel mit hoher Schubkraft sowie hohe Vorschubgeschwindigkeiten. Sie sind zudem mit moderner CNC-Hard- und Software ausgestattet.
Unterschiedliche Materialien erfordern unterschiedliche Werkzeuge
Seit seiner Einführung hat das Hochvorschubfräsen schon einige span(nende) Veränderungen erfahren. Der Durchmesserbereich von Hochvorschubfräsern wurde erweitert, und die hierfür in Frage kommenden Werkstoffgruppen ebenfalls. Das Hochvorschubfräsen hat sich sehr schnell in vielen Industriezweigen als wirtschaftliche Technik etabliert. Die Bearbeitung von Stahl und Gusseisen ist das Hauptanwendungsgebiet für das Verfahren, aber auch rostbeständiger Stahl, Titan und hoch hitzebeständige Superlegierungen können damit erfolgreich zerspant werden.
Dies wiederum hat Werkzeughersteller veranlasst, ein großes Spektrum an Hochvorschubfräsern in vielen unterschiedlichen Formen auf den Markt zu bringen: Ausgeführt in Vollhartmetall oder auf Wendeplatten basierende Systeme, mit Schaft oder verschiedenen Aufnahmetypen, kompakt oder modular sowie vielseitige Schneidengeometrien – immer abgestimmt auf die zu bearbeitende Werkstoffgruppe.
Neue Werkzeuglinien und Upgrades für ältere Fräser
ISCARs Werkzeuglinie für Hochvorschubfräser spiegelt diese enorme Vielfalt wider. Bereits in den 1990er Jahren brachte ISCAR ein Fräserkonzept mit einseitigen Wendeschneidplatten zum Hochvorschubfräsen auf den Markt und hat dieses seitdem kontinuierlich mit neuen Schneiden-Geometrien und Schneidstoffen ausgebaut.
ISCAR entwickelte beispielsweise Werkzeuge mit doppelseitigen Wendeschneidplatten oder einer neuen Schneidengeometrie, die die Zerspanergebnisse beim Schrägeintauchen durch Bohrzirkularfräsen verbessern. Für Anwendungen, die kleine Fräser benötigen, entwickelte das Unternehmen seine VHM-Hochvorschubfräser sowie auswechselbare Fräsköpfe für die Multi-Master-Linie.
Der effiziente Einsatz von Hochvorschubwerkzeugen im Planfräsen erzeugte neuen Bedarf: ISCAR konzipierte nicht nur neue Fräserlinien, sondern entwickelte zudem spezielle Wendeschneidplatten für bestehende Werkzeuglinien, die diese für das Hochvorschubfräsen fit machten. Die Möglichkeit, bestehende Werkzeuge effektiver zu nutzen, fand besonders bei kleinen und mittleren Unternehmen großen Anklang.
Im Zuge der LOGIQ-Kampagne hat ISCAR fünf neue Hochvorschub-Werkzeuglinien vorgestellt und eine Vielzahl bestehender Werkzeuglinien einem Upgrade unterzogen. Die bemerkenswerteste Eigenschaft der neuen Linien ist die stark reduzierte Größe der Hochvorschubfräser für auswechselbare Fräsköpfe. Beispielsweise liegt der Durchmesserbereich von FFT3-02 NANFEED-Schaftfräsern bei acht bis zehn Millimetern – der klassischen Domäne von VHM-Werkzeugen.
ISCAR zeigt mit seinem Wechselkopfkonzept jedoch, dass diese Werkzeuge hier durchaus wettbewerbsfähig sind. Die Werkzeuge besitzen zwei beziehungsweise drei Zähne, die drei Schneidkanten der WSP stellen zusätzlich ein Maximum an Wirtschaftlichkeit sicher. Die Schaftfräser werden mit sehr kleinen Wendeschneidplatten (WSP) bestückt. Die WSP selbst haben keine Bohrung in der Mitte, was die Stabilität erhöht.
Eine Schraube klemmt und sichert die WSP stabil im Plattensitz. Das ermöglicht einen schnellen und gleichzeitig einfachen Schneidenwechsel. Um zu vermeiden, dass die sehr kleinen Wendeschneidplatten beim Austauschen herunterfallen, werden sie mit einem magnetischen Schlüssel im Plattensitz platziert.
Ein weiteres Beispiel sind TANG4FEED-Hochvorschub-Aufsteckfräser mit tangential geklemmten, rhombischen Wendeschneidplatten Anwendung finden sie vornehmlich beim Schruppen von mittleren und großen Kavitäten sowie Taschen-bearbeitungen. Zusammen mit dem schwalbenschwanzförmigen Plattensitz verhilft das tangentiale Klemmprinzip dem Fräser zu hoher Stabilität.
Auch beim schrägen und seitlichen Eintauchen erreichen Anwender mit den WSP hervorragende Zerspanergebnisse. TANG4FEED-Wendeschneidplatten sind doppelseitig, haben also vier Schneidkanten. Der Anwender kann den Fräser mit WSP mit verschiedenen Schneidengeometrien bestücken. So kann er den Aufsteckfräser zur Bearbeitung ganz unterschiedliche Werkstoffe einsetzen.
Praktische Auswahl-Tools auf der Homepage
Damit Anwender in der großen Vielfalt an verfügbaren Hochvorschub-Werkzeuglinien das für die jeweilige Anwendung am besten geeignete Fräswerkzeug finden, bietet ISCAR auf seiner Website praktische Tools: den ISCAR Tool Advisor (ITA) sowie eine spezielle Auswahlhilfe für das Hochvorschubfräsen.
Die Entwicklung von Hochvorschubwerkzeugen hat ihren Höhepunkt noch lange nicht erreicht. Diese Art der Bearbeitung hat als produktives Schrupp-Verfahren weiterhin gute Aussichten auf Erfolg. Optimierungen und neu eingeführte Werkzeuglinien sind die logische Antwort auf den Bedarf der Anwender: Die zerspanende Industrie wird auch in Zukunft nach weiteren Produktivitätssteigerungen im Hochvorschubbereich verlangen.
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