Fräswerkzeuge
Mit PKD-Planfräsern definierte Oberflächen erzeugen
Um die Fügestelle plan miteinander verbundener Bauteile absolut dicht zu halten, muss die Teileoberfläche definiert strukturiert sein. PKD-Planfräser von Worldia erzeugen eine gleichmäßig rautenförmige Rasterstruktur auf den Dichtflächen − einfach und wiederholbar.
4. Dezember 2023
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Schwerpunktmäßig im Automobilbau, doch längst nicht nur in dieser zentralen Branche, ist die Dichtheit von plan miteinander verbundenen Bauteilen äußerst wichtig für die Funktionsfähigkeit und die Lebensdauer eines Erzeugnisses, speziell bei Fahrzeugen für den Verbrauch an Kraft- und Hilfsstoffen. Selbstredend wirkt sich dieser Zusammenhang generell auf die Bilanz eines Produktes hinsichtlich von Umweltschutz-Aspekten aus.
Das Problem: Vor allem Bauteile aus bestimmten Leichtmetallen wie Aluminium- beziehungsweise Magnesiumlegierungen neigen bei der Montage der abzudichtenden Teile zu Verformungen. Strebt man aber an, Leckagen von Öl, Wasser oder Luft zu vermeiden, bedarf es einer exakten Dichtfuge. Diese sollte aufwandsarm zu erzeugen und möglichst schmal sein, um den Verbrauch an Dichtmittel oder Kleber so niedrig wie möglich zu halten. Zur besseren Haftung des Dichtmittels wird die Haftfläche vergrößert, indem man die Oberflächenrauheit der am Fügeprozess beteiligten Dichtflächen vergrößert.
Wie ist das zu bewerkstelligen? Nun, auf wirtschaftliche Weise ist das mithilfe innovativer Planfräs-Werkzeuge möglich. Die mit ihnen praktizierte Fertigungsmethode des Planfräsens mit definierter Oberflächengüte erzeugt eine gleichmäßig rautenförmige Rasterstruktur auf den Dichtflächen in einem genau definierbaren Rauheitsbereich, und das Ganze relativ einfach und absolut wiederholbar auf herkömmlichen CNC-Bearbeitungszentren.
Die hohen Anforderungen an die Flächen-Ebenheit werden erfüllt
Beim Planfräsen mit definierter Oberflächengüte kreuzen sich die von einlaufenden und auslaufenden Schneiden erzeugten Schnittmuster. Gleichzeitig werden die hohen Anforderungen an die Ebenheit der Dichtflächen erfüllt. Die Rauheit lässt sich über die Maschinenparameter Fräserdrehzahl, Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe sowie die Form, die Anordnung und die axiale Position der Schneiden steuern.
Mit Standard-Wendeschneidplatten-Planfräsern der Baureihe ‘FMP-BE‘ des chinesischen Präzisionswerkzeug-Spezialisten Worldia beispielsweise sind die werkzeugspezifischen Anforderungen gezielt und einfach erfüllbar.
Die Plattensitze sind in sämtlichen Fräsern gleich und ermöglichen es, unterschiedliche Kombinationen von BEHW1204-PKD-Schneidplatten von Worldia einzubauen, einstellbar wie auch nicht einstellbar. Mit einem Fräserkörper lassen sich somit unterschiedlichste Anwendungen – vom Schruppen bis zum Schlichten mit definierter Ebenheit und Oberflächengüte – äußerst wirtschaftlich realisieren.
Worldia-FMP-BEHW-Planfräser haben folgende typische Merkmale:
- Ab einem Durchmesser von 80 mm bestehen die Fräserkörper aus einem Aluminium-Grundkörper zur Gewichtsreduzierung und einem oberflächengehärteten Stahlring mit den Plattensitzen, der eine höhere Steifigkeit, Verschleißfestigkeit und damit Lebensdauer als ein herkömmlicher Aluminium-Fräserkörper garantiert. Alle Werkzeuge sind mit innerer Kühlmittelzuführung ausgestattet.
- Die hoch präzise Vorpositionierfläche der Plattensitze ermöglicht eine Positioniergenauigkeit der Schneidplatten von 0,02 mm − ohne Einstellung.
- Falls höhere Genauigkeitswerte erforderlich sind, kann jede Schneide in einem Bereich von 0,1 mm mit einer Planlaufgenauigkeit von 2 µm bedienerfreundlich axial eingestellt werden.
- Die Schneidplatten sind leicht austauschbar, und es lassen sich Platten mit verschiedenen Schnitttiefen, Anstellwinkeln, Bodenschneidern (‘Wiper‘) sowie Eckenradien oder -fasen einbauen.
- Die Positionierfläche der Schneidplatten ist von der Schneidkante getrennt. Das schützt die Schneidkante und vereinfacht den Einsatz von wiederaufbereiteten Schneidplatten.
- Die Schneidplatten sind mit einer oder zwei PKD-Schneiden erhältlich und können nachgeschärft beziehungsweise wiederbestückt werden, um die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.
Beschichtetes PCBN von Worldia
Gut geeignet zum Hart-Fertigwirbeln von Kugelgewindespindeln
Anlässlich der Fachmesse EMO Hannover 2023 verwies der Hersteller Worldia des Weiteren auf die ihm zu eigene Kompetenz in puncto Präzisionswerkzeuge für das Hartfräsen von Kugelgewindespindeln. So sei das Hartfräsen mithilfe von Wirbelwerkzeugen im Innen-Rotationsfräsverfahren eines der kritischsten Glieder in der Prozesskette. Beim hoch effizienten Hart-Fertigfräsen im Wirbelverfahren verwendet man PCBN-bestückte Schneidkörper, die die komplette Form der Kugellaufbahn inklusive der Einlaufradien erzeugen, sogenannte Formwirbelmesser. Die Herstellung dieser Schneidkörper mit einer Profilgenauigkeit von wenigen Mikrometern aus dem extrem harten PCBN-Material stellt höchste Anforderungen an ihre Fertigung.
Worldia hat in enger Zusammenarbeit mit Herstellern von Rotationsfräsmaschinen und Endkunden ein komplettes Produktportfolio an hoch präzisen PCBN-Schneidkörpern entwickelt, das die vielfältigen Spezifikationen beim Hart-Fertigwirbeln von Kugelgewindespindeln abdeckt und die hohen Präzisionsanforderungen sicher erfüllt, wie es heißt. Wegen der engen Toleranzen nutzt man beim Hartwirbeln derzeit meist unbeschichtetes PCBN. Worldia ist es jedoch gelungen, mithilfe von im eigenen Hause entwickelten und hergestellten Dünnschichten die nötigen Genauigkeitswerte einzuhalten und die Standzeit gegenüber herkömmlichen Tools um mehr als 30 Prozent zu verlängern. Wie der chinesische Hersteller betont, konnten Worldia-Kunden mit den beschichteten PCBN-Formwirbelmessern schon mehrere 100.000 Euro an Fertigungskosten einsparen. Wegen des hohen Materialanteils an PCBN ist es wirtschaftlich sinnvoll, die Formwirbelmesser mehrfach, je nach Verschleißzustand bis zu achtmal, nachzuschleifen. Den dafür nötigen Nachschleifservice bietet Worldia ebenfalls an.
Das rautenförmige Kreuzgitter ist über die Parameter veränderbar
Das Planfräsen mit definierter Oberflächengüte erfolgt in der Regel auf Bearbeitungszentren, wobei die Werkzeugachse genau senkrecht zur Bearbeitungsfläche steht (keine Spindelneigung). Beim Fräser kommt eine Kombination aus Universal-Wiperschneiden BEHW1204PZFR1-UW und Profilschneiden BEHW1204EZFR1-PT in der Regel im Verhältnis 4 : 1 oder 3 : 1 zum Einsatz, wobei die PT-Schneiden axial 0,01 bis 0,02 mm über den UW-Schneiden eingestellt sind. Bei der Bearbeitung entsteht ein gleichmäßiges, rautenförmiges Kreuzgitter, das sich über die Fräserdrehzahl n, die Vorschubgeschwindigkeit vf und die Schnitttiefe ap beeinflussen lässt. Die Flugbahn der Werkzeugspitze kann mithilfe zweier spezieller Gleichungen berechnet werden, in die als Komponenten der Werkzeugradius R in mm, die Werkzeugdrehzahl n in min-1, die Werkzeug-Vorschubgeschwindigkeit vf in mm/min sowie die Schnittzeit t in s eingehen.
Motorenteile zur Zufriedenheit des Auftraggebers gefertigt
Die Möglichkeiten und Fähigkeiten dieses Fräskonzeptes lassen sich anhand des folgenden Bearbeitungsbeispiels veranschaulichen. So war im Rahmen eines Industrieauftrags ein Motorenteil (Kettenkasten) aus dem Werkstoff ADC12 spanend zu bearbeiten. Als Vorgabe für die Ebenheit war ein Wert von 0,05 mm und für die Oberflächenrauheit ein Rz-Bereich von 8 bis 20 μm einzuhalten.
Um unter diesen Prämissen ein zufriedenstellendes Bearbeitungsergebnis zu erzielen, fiel die Wahl beim Präzisionswerkzeug auf einen aktuellen Worldia-Planfräser mit folgenden Merkmalen: Durchmesser D 63 mm, Zähnezahl Z 10, bestehend aus acht Universal-Wiperschneiden BEHW1204PZFR1-UW und zwei Profilschneiden BEHW1204EZFR1-PT. Die PT-Schneiden ragen in diesem Fall um 0,015 mm axial über die UW-Schneiden heraus. Die Bearbeitungsparameter lauten wie folgt: n = 6000 min-1, vf = 6000 mm/min und ap = 0,5 mm.
Die Anzahl geeigneter Fertigungsaufgaben wird steigen
Unter diesen Randbedingungen erzielte man schließlich ein Bearbeitungsergebnis, das den Auftraggeber mehr als zufriedenstellte: Es wurde ein Kreuzgitter erzeugt, das eine klare und gleichmäßige Struktur aufweist. Die gemittelte Rautiefe Rz der Oberfläche betrug 12 bis 15 μm. Es wurde eine Standmenge von ungefähr 10.000 Teilen erreicht. − Eine Bilanz also, die die Tauglichkeit des beschriebenen Werkzeugkonzeptes für die Fertigungsmethode Planfräsen mit definierter Oberflächengüte eindrucksvoll bestätigt. Aufbauend auf diesem und weiteren inzwischen vorhandenen Bearbeitungsbeispielen ist davon auszugehen, dass sich die Anzahl für dieses Verfahren geeigneter Fertigungsaufgaben weiter erhöht.
Information & Service
Hersteller
Worldia, gegründet im Jahr 2000 in China, ist ein führender Hersteller von superharten Werkzeugen, Komponenten und Werkstoffen (PKD, CVD, MKD, PCBN) mit fünf Fertigungswerken und weltweit über 1100 Mitarbeitern, davon 10 Prozent in Forschung und Entwicklung; man hält mehr als 250 Patente. Als einen Schlüssel für den Erfolg sieht Jifeng Chen, Gründer und CEO der Worldia-Gruppe („Wir sind ein Hightech-Unternehmen“), dass die gesamte Prozesskette im eigenen Haus verfügbar ist − von der Rohmaterialentwicklung über das Pressen, Sintern, Löten, Schleifen und Beschichten bis zum Nachschärfen. Ronden aus PKD, PCBN und CVD-Diamant werden zu 100 Prozent kontrolliert und können bis zu einer Dicke von nur 50 μm und einer Toleranz von 1 μm hergestellt werden. Seit 2019 ist Worldia an der chinesischen Börse notiert als eines der ersten 25 Hightech-Unternehmen.