Hartfräsen – Information, Verfahren, Beratung

Neben dem Drehen ist Fräsen die optimale Fertigungslösung für die spanende Fertigung anspruchsvoller Geometrien, 3D-Konturen und ebener Flächen. Dabei erfolgt die Bearbeitung mit speziellen Werkzeugen auf automatisierten Fräsmaschinen, die fast alle Metalle, Kunststoff und Holz fräsen. Eine Sonderform ist die Hartzerspanung (ab 60 HRC).
Bei der Bearbeitung von Metallen über 56 HRC oder RM > 2000 N/mm² wird von der Hartbearbeitung, dem Hartfräsen, gesprochen. Vor allem bei der Bearbeitung von Freiformkonturen mit Torus- oder Kugelfräsern wird das Hartfräsen immer bedeutender.

Verfahren im Detail

Beim Hartfräsen erfolgt die kreisförmige Spanabnahme mit häufig mehrzahnigen Werkzeugen und immer wiederkehrenden Spanunterbrechungen. Jeder Umdrehung des Fräsers auf den Eingriff der Schneiden der Austritt aus dem Werkstück. Schnittkraft- und Temperaturschwankungen gelten daher als ein weiteres Merkmal des Fräsens. Dies erfordert den Einsatz von Schneidstoffen und Maschinen, die für die Belastungen beim Fräsen konzipiert wurden, um die Genauigkeiten zu erhalten, die für die Formgebung nötig sind.

Das Hartfräsen erfolgt auf CNC-Maschinen, die über eine automatisierte Bahnsteuerung für bis zu acht Achsen verfügen. Der Fertigungsprozess wird dabei von Sensoren überwacht. Es ist möglich, die einzelnen Achsen einzeln oder zusammen mit den Vorschüben zu steuern.
Erfolgt der Fertigungsablauf mit einem integrierten Werkzeugwechsler mit Magazin kann der Fertigungsprozess voll automatisch durchgeführt werden. Auch werkstattspezifische Programmiersysteme, mit denen anspruchsvolle Fräsaufgaben schnell und einfach programmiert werden können, wirken sich unterstützend aus. In diesem Video lässt sich der Vorgang sehr gut sehen.

High Speed Cutting

Beim HSC-Fräsen (High Speed Cutting = Hochgeschwindigkeitszerspanung) ist aufgrund der hohen Werkzeugdrehzahlen und der Vorschubgeschwindigkeit die Schnittgeschwindigkeit um ein Vielfaches höher als bei normalen Zerspanungen. Im Formen- und Werkzeugbau wird das Verfahren vorrangig zum Schlichten und Vorschlichten eingesetzt.
Grundvoraussetzung ist eine Maschine, die hohe Umdrehungsfrequenzen bietet und das entsprechende Werkzeug besitzt. Durch das HSC Fräsen ist, aufgrund des kleinen Zeilenvorschubs, der Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit und dem großen Fräserradius, nur wenig Nacharbeit notwendig

Vorteile dieses Fräsverfahrens

• Fünf bis zehn Mal höhere Vorschubgeschwindigkeit (bis 30 m/min)
•  Spindelumdrehungsfrequenzen bis 1000.000 U/min
• Wirtschaftliche Bearbeitung mit hervorragender Oberflächenqualität
• Je nach Werkstoff Schnittgeschwindigkeiten zwischen 1.000 und 7.000 m/min
• Reduzierung der Zerspankräfte durch kleine Vorschübe pro Zahn
• Bearbeitung von dünnwandigen Werkstücke möglich
• Nur wenig oder keine Nacharbeit notwendig
• Bearbeitung von gehärteten Materialien (bis 69 HRC) möglich

Anwendungsmöglichkeiten

Hartfräsen dient zur Herstellung von planen Oberflächen. Dazu gehören Führungen für bewegte Maschinenteile und Nuten. Auch Turbinenschaufeln, Gesenke, Wälzfräsen und Gewinde können dadurch gefertigt werden.

Werkzeuge und Maschinen

Hartfräsen erfolgt auf Fräsmaschinen mit mindestens drei Achsen, die manuell oder per CNC gesteuert werden. Diese sind mit Fräswerkzeugen ausgestattet, die über eine oder mehrere Schneiden verfügen. Dabei tragen diese Werkzeuge über rotierende Bewegungen Material von der Oberfläche des Werkstücks zerspanend ab. Die Werkzeuge werden dabei nach der Art der Mitnahme, z. B. Schaft- oder Aufsteckfräser), der jeweiligen Frässtrategie (Planfräsen, Nutenfräsen, Eckfräsen), dem Schneidstoff und der Schneidenform (Schruppen, Schlichten) unterschieden.

Materialien

Zu den Materialien gehören Eisenwerkstoffe über 56 HRC oder RM > 2000 N/mm². Das Grundsubstrat besteht aus Hartmetall, das vorrangig aus Kobalt und Wolframkarbid zusammengesetzt ist. Zum Hartfräsen über 56 HRC eignen sich vorwiegend Hartmetalle mit einem Kobaltgehalt von 10 % und Korngrößen kleiner 0,7 µm.

Hartfräsen mit CBN

CBN (kubisch kristallines Bornitrid) ist das zweithärteste Material nach Diamant. Um extrem harte Werkstoffe zu zerspanen, wurden spezielle CBN-Wrkzeuge entwickelt, die in der Lage sind, extrem harte Werkstoffe zu bearbeiten. Mit CBN-Werkzeugen kann gehärteter Stahl bis 72 HRC gefräst werden.

Vorteile:

• kann extrem harte Werkstoffe fräsen
• sehr gut zum Fräsen von gehärtetem Stahl bis 72 HRC geeignet
• bessere Oberflächenqualität
• Radiustoleranz max. rp ± 0,004 mm
• Reduzierung der Maschinenlaufzeiten um ca. 30 % beim Finishing
• hitzestabile Werkzeuge -> kein Schneidenverschleiß aufgrund von Wärme

Hartfräsen und Hartdrehen – der Unterschied

Einige Tipps für den fehlerfreien Fräsvorgang

1. Nutzen Sie zum Hartfräsen als Kühlung Luft.
2. Sie erreichen maximale Standzeiten bei einer radialen Schnittbreite, basierend auf 40 – 50 % des Fräserdurchmessers.
3. Der Vorschub sollte bei Abnahme der Schnittbreite im gleichen Verhältnis erhöht werden, um eine annehmbare, durchschnittliche Spandicke zu erhalten.
4. Bei Drehzahlen von 10.000 U/mm und höher sind ausgewuchtete Werkzeughalter entscheidend.
5.  Halten Sie die Auskraglänge der verwendeten Werkzeuge so kurz wie möglich.
6. Spiralförmige oder rampenförmige Interpolation sind hervorragende Methoden, um in den Schnitt einzutauchen.
7. Bleiben Sie so lange wie möglich im Schnitt. Die Standzeit der WPS wird durch ein häufiges Ein- und Ausfahren verringert.
8. Der effektive Durchmesser hängt beim Einsatz von runden WPS von der Schnitttiefe ab.

Fazit

Hartfräsen ist eine hervorragende Methode zur kompletten Bearbeitung von gehärteten Teilen auf einer Maschine. Das Verfahren erhöht nicht nur die Produktivität, sondern reduziert gleichzeitig die Kosten bei einer gleichzeitig höheren Flexibilität.