Ein Hochleistungsfräser für schwerzerspanbare Werkstoffe. Ihr Logo

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1 Ein Hochleistungsfräser für schwerzerspanbare Werkstoffe 1

2 Rostfrei, Titan und Superlegierungen eine Herausforderung! Schwer zerspanbaren Werkstoffe Hohe Spankräfte Hohes Werkzeugverschleiss Unbefriedigende Zerspanungsrate Ungünstiges Spanform Unbefriedigende Qualität der erzielten Oberflächen Beispiele Edelstahl (Rost- und säurebeständige Stähle) Titan und Titanlegierungen Superlegierungen (HRSA = Heat Resistant Super Alloys) Cr-Co-Legierungen 2

3 Rostfrei, Titan und Superlegierungen eine Herausforderung! Diese Werkstoffe werden in anspruchsvollen Industrien gerne eingesetzt, überall dort wo das Material extremen Bedingungen ausgesetzt ist: Hitzebeständigkeit Korrosions- und Säureresistenz, Biokompatibilität geringes Gewicht bei hoher Festigkeit Anwendungsgebiete 3

4 Rostfrei, Titan und Superlegierungen eine Herausforderung! Schwer zerspanbare Werkstoffen umfassen die unterschiedlichste Arten von Schwierigkeiten in der Bearbeitung: lange Spänen mit ungünstigem Form zäh-elastisches Verhalten schlechte Wärmeleitung hohe Neigung zur Kaltverfestigung. Eine besondere Herausforderung an den Zerspaner im Allgemeinen, an den Werkzeuglieferanten und an den Maschinenbediener im Speziellen. Die Konsequenzen für die Werkzeuge sind: eine Überhitzung an den Schneiden die Bildung von Aufbauschneiden ein hoher Verschleiß bis zum Kantenausbruch problematische Spänebildung 4

5 Rostfrei, Titan und Superlegierungen eine Herausforderung! Viele der heute verfügbaren Fräser eignen sich nur bedingt für die Bearbeitung dieser schwer zerspanbaren Werkstoffe. Niedrige Zerspanbarkeit Geringe Schnittgeschwindigkeiten und Frästiefe ap : Lange Prozesszeiten Starke Abnützung der Kanten Unbefriedigendes Zeit-/Spanvolumen (cm 3 /min) Unbefriedigende Standzeiten Konv. Tech. Gewünschte Tech. a p = * Ø a p = 1 * Ø 5

6 Rostfrei, Titan und Superlegierungen eine Herausforderung! Viele der heute verfügbaren Fräser eignen sich nur bedingt für die Bearbeitung dieser schwer zerspanbaren Werkstoffe. Klein Fräser mit Aussenkühlung: Keine gezielte, effiziente Kühlung der Schneiden Beim Richtungswechsel Bei unterschiedlichen Werkzeuglängen Bei unterschiedlichen Bearbeitungstiefen Keine gezielte, effiziente Spülung der Späne Späne bleiben in der Spannute des Fräsers Späne bleiben an der Schneiden hängen Späne bleiben in der Bearbeitungszone liegen 6

7 Rostfrei, Titan und Superlegierungen eine Herausforderung! Viele der heute verfügbaren Fräser eignen sich nur bedingt für die Bearbeitung dieser schwerzerspanbaren Werkstoffe. Fräser mit Aussenkühlung: Schlechte Oberflächenqualität Unregelmäßige Oberfläche durch mehrmaliges Zerstückeln der Spänen Starke Gratbildung 7

8 Die Lösung: Entwicklung eines Hochleistungsfräser Wir sind der Meinung dass: 1. Es gibt einen erheblichen Bedarf an kleinen Schaftfräsern, um rostfreie Stähle, Titan und andere schwer zu bearbeitende Materialien zu zerspanen. 2. Leistungsgrenze der aktuellen Fräser können über geeignete Maßnahmen gesteigert werden Entwicklung von Hochleistungsfräsern im Bereich Ø mm 8

9 Die Lösung: Entwicklung eines Hochleistungsfräser Ermitteln der optimalen Hartmetallsorte Bruchzähigkeit vs. Härte bzw. Verschleissfestigkeit Ermitteln der optimalen Werkzeuggeometrie Scharfe Kanten vs. stabile Kanten Befriedigende Schnittparameter: Vc, fz, a p, a e, HPC vs. HSC Ermitteln der optimalen Hochleistung Beschichtung Hochtemperatur beständig Verschleissfest Geringere Neigung zur Adhäsion Entwicklung einer integrierter, leistungsfähige Kühlung Verfügbar für Mikro bis klein Fräser Effektiv auch bei kleineren bis mittleren Drücken Konstante, ununterbrochene Kühlmittelzufuhr im Bearbeitungsbereich 9

10 Die Essenz der Innovation: die integrierte Kühlung Die Essenz der Innovation sind jedoch drei bis fünf interne, durch den Schaft des Fräsers geführte Kühlkanäle, die am Werkzeugkonus austreten. Der Kühlmittelstrahl fließt dem Werkzeugdurchmesser entlang bis an die Schneiden. 10

11 Die Essenz der Innovation: die integrierte Kühlung Die Entwicklung neuer am Schaft integrierten Kühlkanäle wurde über ein 3-stufiges Design-Zyklus durchgeführt. Coolant hole design FEM Analysis Flow rate Analysis 11

12 Die Essenz der Innovation: die integrierte Kühlung Ermittlung von Kühlkanäle Varianten 12

13 Die Essenz der Innovation: die integrierte Kühlung Bestimmung der Kühlmittelflussrate durch mathematische Formulierung 13

14 [bar] [l/min] [l/min] Die Essenz der Innovation: die integrierte Kühlung Bestimmung der Kühlmittelflussrate durch mathematische Formulierung Kühlmittel Durchfluss bar bar 60 bar 75 bar Ø Werkzeug Optimierte Durchfluss vs. Druck Ø Werkzeug Pin Durchfluss 14

15 Die Essenz der Innovation: die integrierte Kühlung Bestimmung der Spannungsverteilung: Simulation der Zerspanungskräften 15

16 Die Essenz der Innovation: die integrierte Kühlung Das Resultat ist eine konstante und massive Kühlung der Schneiden. 15 bar 30 bar 60 bar U/min U/min U/min Fräser Ø 2 mm, Öl 10 cst 16

17 Die Essenz der Innovation: die integrierte Kühlung Das Resultat ist eine konstante und massive Kühlung der Schneiden U/min U/min U/min Integrierte Kühlung Peripherie Kühlung Fräser Ø 2 mm, Öl 10 cst, 30 bar 17

18 Die Essenz der Innovation: die integrierte Kühlung 1. Die konstante und massive Kühlung der Schneiden ermöglicht eine höchste Schnittgeschwindigkeit und eine maximale Schnitttiefe a p. 2. Ein gezieltes Wegspülen der Späne wird garantiert. 3. Höchste Oberflächenqualitäten werden erreicht. 18

19 CrazyMill Cool: HSPC - ein Quantensprung beim Fräsen Die konstante und massive Kühlung der Schneiden ermöglicht eine höchste Schnittgeschwindigkeiten und eine maximale Schnitttiefe a p. HSPC: Hochgeschwindigkeitfräsen mit hohem Materialabtrag. Werkstoffgruppe Vc Konv. Tech Vc CoolTech Vorteil ap Konv. Tech ap CoolTech Vorteil M (R+S Stähle) x-5x 0.2xØ-1xØ 1xØ 1x-5x S (Titan, HRSA) x-5x 0.2xØ-1xØ 1xØ 1x-5x Beispiel: Inox austenitisch Konv. Tech.: Ø 2mm v c : 88 m/min, fz: a p : 0.66mm, a e : 2mm 12x Leistung CrazyMill Cool: Ø 2mm v c : 200m/min, fz: a p : 2mm, a e : 2mm Zeit-/Spanvolumen (Q): 7.13 cm 3 /min Zeit-/Spanvolumen (Q): 0.6 cm 3 /min 19

20 CrazyMill Cool: HSPC - ein Quantensprung beim Fräsen Hohe Schnittgeschwindigkeiten ermöglichen eine vibrationsarme Zerspanung. Zusätzlich ein gezieltes Wegspülen der Späne ist garantiert. Somit werden höchste Oberflächenqualitäten erreicht. Konv. Tech CoolTech Vc Konv. Tech CooTech 180 Ra 0.62 Ra Ra 0.88 Ra Ra 1.08 Ra 0.15 Fräser Ø3 mm, Vc m/min fz 0.04 ap 3 mm ae 3 mm 20

21 CrazyMill Cool: HSPC - ein Quantensprung beim Fräsen Hohe Schnittgeschwindigkeiten mit einer effizienten Kühlung ermöglichen: Minimale thermische Belastung der Schneiden Minimale mechanische Belastung der Kanten Vibrationsarmes Fräsen Konv. Tech Fräser: Ø3 mm, Werkstoff: (316L) Vc 220 m/min fz 0.04 a p 3 mm a e 3 mm 30 Nuten von 50 mm CoolTech 21

22 CrazyMill Cool: HSPC - ein Quantensprung beim Fräsen Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Präzisionsteil aus (AISI 904L) Konventionelle Technik Fräser Ø 3, Euro 50.- Standzeit 1 kompl. Teil V c = m/min, fz= 0.04, Vf= 370mm/min Fräszeit 44 Minuten Euro Cool Tech Fräser Ø 3, Euro 75.- Standzeit 4 Teile V c = m/min fz=0.04, Vf= 2000mm/min Fräszeit 6 Minuten Konv. Cool Tech Maschinenkosten Werkzeugkosten Maschinenkosten: 90.- Euro/Stunde Seriegrösse

23 CrazyMill Cool: HSPC - ein Quantensprung beim Fräsen Hoch effiziente, massive Kühlung und Spülung an den Schneiden Keine Überhitzung Verhindert Aufbauschneide Spänefreie Frässtelle Sehr hohe Oberfläche Gute in einem Zerspanungsschritt HSPC: High Speed Performance Cutting Sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten Maximale Schnitttiefe ap = 1xØ Optimal geeignet für schwer zerspanbare Werkstoffe Sehr hohe Standzeit Minimale thermische Belastung der Schneiden Minimale mechanische Belastung der Kanten Vibrationsarmes Fräsen 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 24

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