Welchen Einfluss hat die Schneidengeometrie auf die Schnittleistung eines Vierkant-Hartmetallfräsers?

Im Bereich der Bearbeitungs- und Schneidvorgänge erweisen sich Vierkant-Hartmetallfräser aufgrund ihrer bemerkenswerten Härte, Verschleißfestigkeit und Hochgeschwindigkeitsschneidfähigkeit als unverzichtbare Werkzeuge. Als führender Anbieter von quadratischen Hartmetallfräsern habe ich aus erster Hand miterlebt, welche entscheidende Rolle die Schneidengeometrie bei der Bestimmung der Gesamtschneidleistung dieser Werkzeuge spielt. In diesem Blog befassen wir uns mit der komplizierten Beziehung zwischen der Schneidengeometrie und der Schneidleistung von quadratischen Hartmetallfräsern.

Die Grundlagen der Schneidkantengeometrie

Die Schneidkantengeometrie bezieht sich auf die Form, den Winkel und andere physikalische Eigenschaften der Schneidkante eines quadratischen Hartmetallfräsers. Zu den wichtigsten Aspekten der Schneidengeometrie gehören der Spanwinkel, der Freiwinkel, der Schneidenradius und der Spiralwinkel. Jedes dieser Elemente hat einen tiefgreifenden Einfluss darauf, wie der Fräser während des Schneidvorgangs mit dem Werkstück interagiert.

Der Spanwinkel ist einer der entscheidendsten Faktoren. Ein positiver Spanwinkel bedeutet, dass die Schneidkante in Richtung des Spanflusses geneigt ist. Dies reduziert die erforderliche Schnittkraft und führt zu einer gleichmäßigeren Spanbildung. Allerdings kann ein zu großer positiver Spanwinkel die Schneidkante schwächen und sie anfälliger für Ausbrüche machen. Andererseits sorgt ein negativer Spanwinkel für eine höhere Festigkeit der Schneidkante, was beim Schneiden harter Materialien von Vorteil ist. Es erhöht aber auch die Schnittkraft und kann zu mehr Wärmeentwicklung führen.

Der Freiwinkel soll verhindern, dass die Flanke des Fräsers am Werkstück reibt. Ein richtiger Freiwinkel stellt sicher, dass der Fräser ungehindert schneiden kann, wodurch Reibung und Wärmeentwicklung reduziert werden. Ein unzureichender Freiwinkel kann zu übermäßigem Verschleiß an der Freifläche des Fräsers führen, während ein zu großer Freiwinkel die Schneidkante schwächen kann.

Der Schneidenradius ist ein weiterer wichtiger Parameter. Eine scharfe Schneidkante (kleiner Schneidkantenradius) kann für eine bessere Oberflächengüte am Werkstück sorgen und erfordert weniger Schneidkraft. Allerdings ist es anfälliger für Verschleiß und Absplitterungen. Ein größerer Schneidkantenradius hingegen ist haltbarer, führt jedoch möglicherweise zu einer raueren Oberflächenbeschaffenheit und erfordert höhere Schnittkräfte.

Der Drallwinkel beeinflusst die Spanabfuhr und die Schnittkraftverteilung. Ein höherer Spiralwinkel fördert eine bessere Spanabfuhr, was entscheidend für die Vermeidung von Spanverstopfungen und die Verbesserung der Schnitteffizienz ist. Es trägt auch dazu bei, die Schnittkraft in axialer Richtung zu reduzieren, wodurch der Schneidprozess stabiler wird.

Auswirkungen auf die Schnittleistung

Materialabtragsrate

Die Schneidengeometrie hat maßgeblichen Einfluss auf die Materialabtragsleistung (MRR). Ein Fräser mit optimiertem Spanwinkel und Spiralwinkel kann effizient Material vom Werkstück entfernen. Beispielsweise ermöglicht ein positiver Spanwinkel in Kombination mit einem hohen Spiralwinkel einen gleichmäßigeren Spanfluss und reduziert die Schnittkraft, sodass der Fräser mit höheren Vorschubgeschwindigkeiten und Schnittgeschwindigkeiten arbeiten kann. Dies führt direkt zu einer höheren MRR, die für die Massenproduktion und zeitkritische Bearbeitungsvorgänge unerlässlich ist.

Beim Schneiden weicher Materialien kann ein größerer positiver Spanwinkel verwendet werden, um den MRR zu maximieren. Durch die reduzierte Schnittkraft kann der Fräser tiefere Schnitte ausführen und sich schneller über das Werkstück bewegen. Bei harten Werkstoffen hingegen kann ein negativer Spanwinkel erforderlich sein, um die Festigkeit der Schneidkante zu gewährleisten. Obwohl die Schnittkraft höher ist, kann der Fräser dennoch effektiv Material abtragen, ohne dass es zu vorzeitigem Verschleiß oder Absplitterungen kommt.

Oberflächenbeschaffenheit

Die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit des bearbeiteten Werkstücks hängt eng mit der Schneidengeometrie zusammen. Eine scharfe Schneidkante mit einem kleinen Schneidkantenradius kann eine glattere Oberflächenbeschaffenheit erzeugen. Der kleine Radius reduziert die Materialverformung beim Schneiden, was zu einer feineren Oberflächenstruktur führt.

Auch der Freiwinkel spielt bei der Oberflächenbeschaffenheit eine Rolle. Ein richtiger Freiwinkel verhindert, dass die Flanke des Fräsers am Werkstück reibt, was zu Kratzern und Rauheiten auf der Oberfläche führen kann. Darüber hinaus beeinflusst der Spiralwinkel die Oberflächengüte, indem er die Spanabfuhr beeinflusst. Eine gute Spanabfuhr verhindert, dass Späne nachgeschnitten werden und sich auf der Werkstückoberfläche ablagern, was die Oberfläche beeinträchtigen kann.

Werkzeuglebensdauer

Die Werkzeugstandzeit ist ein entscheidender Faktor bei Bearbeitungsvorgängen, da sie sich direkt auf Kosten und Produktivität auswirkt. Die Schneidengeometrie hat direkten Einfluss auf die Standzeit des Werkzeugs. Ein Fräser mit einer gut gestalteten Schneidengeometrie ist weniger anfällig für Verschleiß und Ausbrüche.

Ein negativer Spanwinkel und ein geeigneter Schneidkantenradius können die Standzeit beim Schneiden harter Materialien verlängern. Der negative Spanwinkel sorgt für die nötige Festigkeit der Schneidkante, während der geeignete Schneidkantenradius die Schnittkraft gleichmäßiger verteilt und so die Spannungskonzentration an der Kante verringert. Auch der Freiwinkel beeinflusst die Standzeit des Werkzeugs. Ein unzureichender Freiwinkel kann zu schnellem Verschleiß an der Freifläche des Fräsers führen, während ein geeigneter Freiwinkel Reibung und Hitze reduziert, die die Hauptursachen für Werkzeugverschleiß sind.

Anwendungen und Empfehlungen

Verschiedene Werkstückmaterialien

Für weiche Materialien wie Aluminium und Kunststoff wird ein Fräser mit einem großen positiven Spanwinkel (z. B. 15 – 20 Grad) und einem hohen Spiralwinkel (z. B. 30 – 40 Grad) empfohlen. Diese Kombination ermöglicht einen effizienten Materialabtrag und eine gute Oberflächengüte. Die scharfe Schneidkante dringt leicht in das weiche Material ein und der hohe Spiralwinkel sorgt für eine reibungslose Spanabfuhr.

Beim Schneiden harter Materialien wie Edelstahl und Titan sind ein negativer Spanwinkel (- 5 bis - 10 Grad) und ein relativ großer Schneidkantenradius besser geeignet. Der negative Spanwinkel verleiht der Schneidkante die nötige Festigkeit und der größere Radius hilft, die Schnittkraft zu verteilen. Um die Stabilität des Schneidprozesses zu erhöhen, kann auch ein geringerer Spiralwinkel verwendet werden.

Bearbeitungsvorgänge

Bei Fräsarbeiten ist der Spiralwinkel des Vierkant-Hartmetallfräsers besonders wichtig. Beim Planfräsen kann ein Fräser mit mittlerem Spiralwinkel (20–30 Grad) für ein gutes Gleichgewicht zwischen Spanabfuhr und Schnittkraftverteilung sorgen. Beim Umfangsfräsen kann ein höherer Spiralwinkel für einen besseren Spanfluss und geringere Schnittkräfte von Vorteil sein.

Beim Bohren sind der Spanwinkel und der Spitzenwinkel der Schneide entscheidend. Ein richtiger Spanwinkel trägt dazu bei, das Schneiddrehmoment zu reduzieren, während der Spitzenwinkel die Zentrierfähigkeit und die Eindringgeschwindigkeit des Bohrers beeinflusst.

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Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Schneidengeometrie eines quadratischen Hartmetallfräsers ein komplexer, aber entscheidender Faktor ist, der seine Schneidleistung erheblich beeinflusst. Durch das Verständnis der Beziehungen zwischen verschiedenen geometrischen Parametern und ihrer Auswirkungen auf die Materialabtragsrate, die Oberflächengüte und die Werkzeugstandzeit können Hersteller fundierte Entscheidungen bei der Auswahl und Verwendung von quadratischen Hartmetallfräsern treffen.

Wenn Sie auf der Suche nach hochwertigen quadratischen Hartmetallfräsern sind oder Fragen zur Schneidengeometrie und deren Einfluss auf die Schneidleistung haben, laden wir Sie ein, mit uns für ein ausführliches Gespräch und Beschaffungsverhandlungen Kontakt aufzunehmen. Unser Expertenteam unterstützt Sie gerne bei der Suche nach den am besten geeigneten Schneidlösungen für Ihre spezifischen Anforderungen.

Referenzen

• Stephenson, DA, & Agapiou, JS (2006). Theorie und Praxis der Metallzerspanung. CRC-Presse.
• Trent, EM, & Wright, PK (2000). Metallschneiden. Butterworth-Heinemann.
• Kalpakjian, S. & Schmid, SR (2009). Fertigungstechnik und Technologie. Pearson Prentice Hall.