Spanwinkel entscheiden über das Planfräsen

Wenn es um Schnittwinkel geht, kann der Rechen Ihren Planfräsprozess entscheidend beeinflussen. Spanwinkel beeinflussen wichtige Parameter wie den Spanfluss, die Zerspanungsrate und die Werkzeugstandzeit. Daher müssen die Spanwinkel unter Berücksichtigung der Anforderungen der jeweiligen Anwendung ausgewählt werden.

Bei Fräsern mit Wendeschneidplatten ist der Spanwinkel die Neigung der Schneidfläche einer Wendeschneidplatte. Es gibt zwei Arten von Spanwinkeln. Der axiale Spanwinkel ist der Winkel zwischen der Schneidkante und der Fräserachse. Dieser Winkel beeinflusst den Planfräsprozess auf verschiedene Weise. Es lenkt den Spanfluss und beeinflusst die Schneidkantenfestigkeit. Darüber hinaus nutzen Werkzeughersteller den axialen Spanwinkel, um den Stromverbrauch zu kontrollieren, sagte Nate Peters, leitender Werkzeugkonstruktionsingenieur bei Greenleaf Corp. in Saegertown, Pennsylvania.

„Wenn Sie eine Maschine haben, die nicht über viele Pferdestärken verfügt“, sagte er, „ändern wir möglicherweise den Axialwinkel, um Ihnen eine geringere Schnittkraft zu bieten, sodass Sie diese Maschine in den meisten Fällen verwenden können.“

Der andere Spanwinkeltyp ist der Winkel zwischen der Zahnfläche und dem Fräserradius, gemessen in einer Ebene senkrecht zur Fräserachse. Dieser als radialer Spanwinkel bekannte Winkel ist wichtig für die Bestimmung der Schärfe und Festigkeit der Schneidkante.

Spanwinkel können auch positiv, null oder negativ sein. Ein Spanwinkel ist positiv, wenn die Summe aus dem Keilwinkel des Werkzeugs und dem Freiwinkel zwischen der Wendeschneidplatte und den Werkstückoberflächen weniger als 90 Grad beträgt. Positive Spanwinkel machen Werkzeuge schärfer und spitzer, was ihre Festigkeit verringert. Positive Winkel verringern auch die Schnittkräfte und den Leistungsbedarf.

Wenn die Summe aus Frei- und Keilwinkel des Werkzeugs genau 90 Grad beträgt, ist der Spanwinkel Null. Und es ist negativ, wenn die Summe dieser Winkel größer als 90 Grad ist. Negative Spanwinkel machen Werkzeuge stumpf und verleihen ihnen eine stärkere Schneidkante als Werkzeuge mit positiven Spanwinkeln. Darüber hinaus erhöhen negative Spanwinkel die Schnittkraft und die für einen Schnitt erforderliche Leistung. Sie können auch die Reibung erhöhen, was zu höheren Schnitttemperaturen führt und die Oberflächengüte verbessert.

Designkombinationen

Gängige Fräserkonstruktionen zum Planfräsen verwenden unterschiedliche Kombinationen positiver und negativer Spanwinkel. Wie der Name schon sagt, hat ein Doppelnegativfräser einen negativen axialen und negativen radialen Spanwinkel. „Diese Anordnung macht einen Fräser sehr steif und maximiert die Einsatzfestigkeit“, sagte Bryan Stusak, nationaler Produktmanager für Fräsen bei Iscar Metals Inc. in Arlington, Texas. Typischerweise, so sagte er, sei es auch möglich, mehr Einsätze um den Umfang eines Fräsers herum zu platzieren als bei anderen Konstruktionen.

Darüber hinaus ermöglicht das Doppel-Negativ-Design hohe Vorschübe und die meisten Indizes, da es doppelseitige Wendeschneidplatten aufnehmen kann, sagte Josef Fellner, globaler Produktmanager für Wendeschneidplattenfräsen bei Kennametal Inc. mit Sitz in Pittsburgh. Er sagte, dieses Design sei die beste Wahl für Betriebe, die auf der Suche nach hohen Zerspanungsraten und einer guten Wahl für das Planfräsen von Keramik, Gusseisen und Hochtemperaturlegierungen sind.

Auf der anderen Seite wies Stusak darauf hin, dass das Doppel-Negativ-Design die Späne in Richtung des Werkstücks lenkt und manchmal einen Grat erzeugt. Durch die Konstruktion sind Werkstück, Wendeschneidplatten und Maschinenspindel zudem hohen Schnittkräften ausgesetzt.

Er glaubt, dass diese Spanwinkelkonfiguration besser für ältere, leistungsstärkere Maschinen mit hohen Zerspanungsraten geeignet ist als die Maschinen, die heute üblicherweise in Werkstätten zu finden sind.

„Ich sehe den doppelten Nachteil nicht mehr so ​​sehr, weil es viel PS erfordert und die meisten Maschinen jetzt leichtere Maschinen sind“, sagte Stusak.

Eine weitere Option zum Planfräsen ist ein Fräser mit doppelt positivem Design, d. h. positiven axialen und radialen Spanwinkeln. Er sagte, diese Anordnung ermögliche ein freieres Schneiden, wodurch die Schnittkräfte reduziert und der PS-Verbrauch gesenkt würden. Darüber hinaus leitet das Double-Positive-Design die Späne vom Werkstück weg.

Andererseits, so Stusak, neigen doppelt positive Wendeschneidplatten dazu, einseitig zu sein, und die Schneidkanten seien schwächer als ihre doppelt negativen Gegenstücke. Er sagte, dass Doppel-Positiv-Fräser dazu neigen, am Werkstück zu ziehen und es tatsächlich anheben können, wenn es nicht richtig befestigt ist.

Die Kunden von Iscar Metals in der Luft- und Raumfahrtindustrie „nutzen das Double-Positive-Design jeden Tag und zweimal am Sonntag“, sagte er und fügte hinzu, dass das Double-Positive-Design für Nichteisenmetalle und schwer zu bearbeitende Materialien am besten geeignet sei.

Peters empfiehlt Double-Positive-Fräser zum Planfräsen von Stahl und Aluminiumlegierungen, während Fellner sagte, dass diese Fräser häufig für weiche, gummiartige Materialien und Setups mit geringerer Steifigkeit verwendet werden.

Die dritte Art von Planfräsern ist das Positiv-Negativ-Design oder Scherenfräsen, das sich durch eine positive axiale Spanrichtung und eine negative radiale Spanausrichtung auszeichnet. Stusak sagte, dass das Positiv-Negativ-Design geringere Schnittkräfte als die anderen sowie eine freiere Schnittwirkung erzeugt. Darüber hinaus leitet die Konstruktion die Späne vom Werkstück weg, was die Abfuhr erleichtert. Das Design funktioniert gut mit den meisten Materialien.

Heutzutage wird bei den meisten Planfräsern die Positiv-Negativ-Ausführung gewählt.

„Wenn jemand eine Planfräse möchte, entscheiden wir uns (normalerweise) dafür“, sagte Peters.

Ein Hauptgrund dafür, dass die Positiv-Negativ-Konfiguration für so viele Geschäfte funktioniert, ist ihre Vielseitigkeit.

„Viele Unternehmen suchen nach etwas, das sie in allen Bereichen abdeckt – nicht nur bei einem Material oder einer Anwendung“, sagte Peters. „Wenn Sie nach etwas (so etwas) suchen, würden wir ein positives Negativ vorschlagen.“

Die Beliebtheit des Positiv-Negativ-Designs steigt auch dadurch, dass es die Verwendung sowohl doppelseitiger als auch einseitiger Einlagen ermöglicht. Da doppelseitige Wendeschneidplatten sowohl gewendet als auch gedreht werden können, bieten sie doppelt so viele Schneidkanten wie einseitige Wendeschneidplatten. Fellner sagte beispielsweise, dass die einseitigen KSOM-Wendeschneidplatten von Kennametal acht Schneidkanten haben, während das entsprechende doppelseitige Design des Unternehmens acht Schneidkanten pro Seite hat, also insgesamt 16.

„Den meisten Menschen geht es mehr um die Kosten pro Kante als um alles andere, und doppelseitige Beilagen haben einen Kosten-pro-Kante-Vorteil gegenüber einseitigen Beilagen“, sagte Stusak.

Winkel wählen

Zusätzlich zur besten Spanwinkelkombination für eine Anwendung müssen die exakten axialen und radialen Spanwinkel selbst ausgewählt werden. Normalerweise werden diese Entscheidungen dem Werkzeuglieferanten überlassen.

„Ich hatte einige Kunden, die diese Konzepte sehr gut verstehen“, sagte Stusak. „Sie werden sagen: ‚Ich möchte dieses spezielle Design‘ und sie verstehen, warum sie es wollen. Aber 95 % von ihnen werden diese Details nicht verstehen. Es liegt also wirklich am Vertreter des Werkzeugherstellers, anzugeben, welches Werkzeugdesign für die Anwendung am besten geeignet ist.“

Laut Fellner stützen sich Werkzeughersteller bei der Auswahl der Spanwinkel für eine Planfräsanwendung auf Folgendes:

Ein Spanwinkel ist eine Funktion sowohl der Form des Einsatzes als auch seiner Ausrichtung in der Tasche. Sobald ein Planfräser hergestellt wurde, kann die Ausrichtung der Wendeplatte nicht mehr geändert werden. Fellner sagte jedoch, dass Werkstätten den Spanwinkel eines Fräsers ändern können, um den Anforderungen verschiedener Aufgaben gerecht zu werden, indem sie die Form der verwendeten Wendeschneidplatten ändern.

„Man lädt verschiedene Wendeschneidplatten mit unterschiedlichen Geometrien in denselben Fräserkörper“, sagte er.

Kennametal bietet beispielsweise Wendeschneidplatten mit unterschiedlichen Geometrien für die allgemeine Bearbeitung, leichte Bearbeitung und schwere Schruppbearbeitung an.

Manchmal erfordert die Bestimmung der besten Spanwinkel für eine Anwendung Kompromisse zwischen den Eigenschaften.

„Wenn Kunden sagen, dass sie sicherstellen müssen, dass keine Späne auf die Oberfläche ihres Teils gelangen, werden wir versuchen, diese Späne zu entfernen“, sagte Peters. „Aber wir werden offen zu ihnen sein und ihnen sagen, dass sie diese Späne wegbekommen, aber sie geben ein wenig Kraft an der Schneidkante auf, was bedeutet, dass sie möglicherweise nicht die gleiche Standzeit erreichen wie sie.“ „Ich suche.“

Er sagte, dass die Ingenieure von Greenleaf verschiedene Optionen in Betracht ziehen, um eine Spanwinkelkombination zu finden, die dem Kunden die bestmögliche Kombination von Eigenschaften bietet.

„Wir werden unser Bestes geben, um sicherzustellen, dass wir genau an der richtigen Stelle sind (wo) wir nicht unbedingt unsere Spitzenkraft aufgeben, aber auch nicht alle Chips ins Gesicht werfen.“ Das Teil."

Stoffe mit metallischen Eigenschaften, die aus zwei oder mehr chemischen Elementen bestehen, von denen mindestens eines ein Metall ist.

Aluminium, dem bestimmte Mengen an Legierungselementen zugesetzt werden, um die erforderlichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften zu erhalten. Aluminiumlegierungen werden in zwei Kategorien unterteilt: Knetmassen und Gussmassen. Einige Zusammensetzungen können bis zu 10 Legierungselemente enthalten, aber nur eines oder zwei sind die Hauptlegierungselemente, wie zum Beispiel Kupfer, Mangan, Silizium, Magnesium, Zink oder Zinn.

Bei eckigen Werkzeugnuten der Winkel zwischen der Zahnfläche und der Axialebene durch die Werkzeugspitze.

Bei der Bearbeitung bilden sich fadenförmige Materialanteile an den Werkstückkanten. Oft scharf. Kann mit Handfeilen, Schleifscheiben oder -bändern, Speichenscheiben, Schleiffaserbürsten, Wasserstrahlgeräten oder anderen Methoden entfernt werden.

Schneidstoffe auf Basis von Aluminiumoxid und Siliziumnitrid. Keramikwerkzeuge können bei der Bearbeitung von gehärtetem Stahl, Gusseisen und Hochtemperaturlegierungen höheren Schnittgeschwindigkeiten standhalten als Werkzeuge aus Hartmetall.

Hinter der Fläche oder Aussparung eines Werkzeugs vorgesehener Raum, um Reibung und eine daraus resultierende vorzeitige Verschlechterung des Werkzeugs zu verhindern. Siehe Land; Erleichterung.

Der Eingriff der Schneidkante eines Werkzeugs in ein Werkstück erzeugt eine Schnittkraft. Eine solche Schnittkraft kombiniert Tangential-, Vorschub- und Radialkräfte, die mit einem Dynamometer gemessen werden können. Von den drei Schnittkraftkomponenten ist die Tangentialkraft die größte. Tangentialkraft erzeugt Drehmoment und macht mehr als 95 Prozent der Bearbeitungsleistung aus. Siehe Dynamometer.

Fräser zum Schneiden von ebenen Flächen.

Form des Fräsens, die eine ebene Oberfläche im Allgemeinen im rechten Winkel zur Drehachse eines Fräsers erzeugt, der Zähne oder Einsätze sowohl an seinem Umfang als auch an seiner Stirnfläche aufweist.

Geschwindigkeit der Positionsänderung des Werkzeugs als Ganzes relativ zum Werkstück während des Schneidens.

Oft selbst hergestelltes Gerät, das ein bestimmtes Werkstück hält. Siehe Vorrichtung; modulare Befestigung.

Bearbeitung mit mehreren auf einer Welle montierten Fräsern, im Allgemeinen zum gleichzeitigen Schneiden.

Bearbeitungsvorgang, bei dem Metall oder anderes Material durch Krafteinwirkung auf einen rotierenden Fräser entfernt wird. Beim Vertikalfräsen wird das Schneidwerkzeug vertikal auf der Spindel montiert. Beim Horizontalfräsen wird das Schneidwerkzeug horizontal montiert, entweder direkt auf der Spindel oder auf einem Dorn. Das Horizontalfräsen wird weiter in das konventionelle Fräsen unterteilt, bei dem sich der Fräser entgegen der Vorschubrichtung oder „nach oben“ in das Werkstück hinein dreht. und Gleichlauffräsen, bei dem sich der Fräser in Vorschubrichtung oder „nach unten“ in das Werkstück dreht. Zu den Fräsvorgängen gehören Plan- oder Flächenfräsen, Schaftfräsen, Planfräsen, Winkelfräsen, Formfräsen und Profilfräsen.

Lose, jedes Fräswerkzeug. Horizontalfräser gibt es in Form von Glattfräsern, Spiralfräsern, Spiralfräsern, Scheibenfräsern, Scheibenfräsern mit versetzten Zähnen, Planfräsern, Winkelfräsern, Doppelwinkelfräsern sowie konvexen und konkaven Formfräsern , Spreizradfräser, Stirnradfräser, Eckenrundungsfräser und Schlitzsägen. Vertikalfräser verwenden am Schaft montierte Schneidwerkzeuge, darunter Schaftfräser, T-Nutenfräser, Scheibennutfräser und Schwalbenschwanzfräser. Diese können auch auf Horizontalmühlen verwendet werden. Siehe Fräsen.

Der Winkel zwischen der Zahnfläche und der Radialebene durch die Werkzeugspitze wird auch als Werkzeugrückenwinkel bezeichnet.

Neigungswinkel zwischen der Fläche des Schneidwerkzeugs und dem Werkstück. Liegt die Fläche des Werkzeugs in einer Ebene durch die Achse des Werkstücks, spricht man von einem neutralen oder Nullspanwinkel des Werkzeugs. Wenn die Schneidkante durch die Neigung der Werkzeugfläche spitzer wird als bei einem Spanwinkel von Null, ist der Spanwinkel positiv. Wenn die Schneidkante durch die Neigung der Werkzeugfläche weniger spitz oder stumpfer wird als bei einem Spanwinkel von Null, ist der Spanwinkel negativ.

William Leventon ist Redakteur der Zeitschrift Cutting Tool Engineering. Kontaktieren Sie ihn telefonisch unter 609-920-3335 oder per E-Mail unter [email protected].

Greenleaf Corp.814-763-2915www.greenleafcorporation.com

Iscar Metals Inc.817-258-3200www.iscarmetals.com

Kennametal Inc.800-446-7738www.kennametal.com