Wie Gühring und Chiron sich gemeinsam in den HPC-Olymp fräsen

Acht Kilo Stahl pro Minute zerspant

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Einen bahnbrechenden Rekord im HPC-Fräsen (High Performance Cutting) haben der Werkzeughersteller Gühring und der Werkzeugmaschinenbauer Chiron gemeinsam erzielt. Zerspant wurden 1000 cm3 Stahl (16MnCr5) in 60 Sekunden – 8 kg Stahl pro Minute.

Extreme Zeitspanvolumen, gewaltiger Vorschub: Beide Unternehmen verfolgten dasselbe Ziel. Nämlich ein Produkt auf den Markt zu bringen, das herausragend in Dynamik und Leistung ist. Die Unternehmen waren mit zwei jeweiligen Spitzenprodukten zeitgleich in der Entwicklungsphase: Chiron mit der neuen FZ 16 five axis und Gühring mit einer Variante des Ratiofräsers Speed. Durch die langjährige Zusammenarbeit im Projektgeschäft sind Gühring und Chiron ständig in engem Kontakt und Austausch.

Bereits im vergangenen Sommer gab es erste gemeinsame Tests mit Prototypen. Als nun beide Produkte, der Ratiofräser und die 5-Achs-Bearbeitungszentrum, marktreif waren, haben sich die Profis zusammengefunden, um die Leistungsfähigkeit unter Realbedingungen unter Beweis zu stellen. „Durch die immer höheren Leistungsanforderungen unserer Kunden haben wir die Idee zum Rekordversuch gemeinsam entwickelt“, sagt Frässpezialist Rolf Ehrler von Gühring. „Und das Ergebnis waren dann unglaubliche 1000 cm3 Stahl pro Minute.“ Das Zusammenspiel von Maschinendynamik und Frässtabilität macht solche Zeitspanvolumen möglich und wird Herzen im Formenbau, der Luftfahrtindustrie und der Automobilindustrie höher schlagen lassen.

Leistungsfähiger Schruppfräser

Das Gühring-Werkzeug, der RF 100 Speed P, ist ein Schruppfräser, der eigens für die Bearbeitung von Stahl, hochfestem Stahl und Guss angepasst wurde. Sein 48°-Spiralwinkel mit ungleicher Schneidenteilung sorgt für weichen, ruhigen Schnitt und hohe Laufruhe. Das reduziert die Maschinenbelastung und erhöht die Volumenleistung. Der optimierte Spanraum, sprich vertiefte Spannut im vorderen Schneidenbereich, führt Späne besser ab beim Rampen und helikalen Eintauchen. So lassen diese sich prozesssicher aus der Maschine befördern. Durch eine Eckenschutzfase und Stirnkorrektur wurde eine stabile Schneidecke realisiert. Spanteiler und extreme Schneidenlänge am Fräser sorgen für weichen Schnitt und hohe Laufruhe. Das reduziert die Maschinenbelastung und erhöht die Volumenleistung.

Präzises und dynamisches Bearbeitungszentrum

Perfekte Voraussetzungen für den Einspindler FZ 16 S five axis von Chiron. Dieses Bearbeitungszentrum ist für besondere Anforderungen an die Genauigkeit bei der 5-Achs-Bearbeitung ausgelegt. Gleichzeitig glänzt es mit Bestwerten bei der Dynamik und stellt damit eine hohe Produktivität sicher. Kurz: Mehr Teile bei höchster Präzision. Essentiell dabei ist das richtige Werkzeug.

Dazu Michael Eble, Leiter der Maschinenentwicklung bei Chiron: „Wir haben die Antriebsleistung sowie die Dynamik und Zerspanleistung der Baureihe 16 deutlich erhöht. Spaß macht‘s aber erst richtig, wenn der Werkzeughersteller dann in der Pflicht ist, ein noch leistungsfähigeres Werkzeug zu liefern, weil die Maschine noch mehr kann. Dann hat man eigentlich alles richtig gemacht.“

Frässtrategie: HPC-Schruppen

Die Spezialisten von Gühring wendeten die moderne HPC-Strategie an. Die Steuerung der Fräserbahn mit geringer radialer Zustellung ermöglicht ein vergleichsweise sanftes Umsäumen des Werkstücks. HPC-Schruppen eignet sich besonders für die Bearbeitung großer Schnitttiefen; dann bearbeitet der Schruppfräser das Werkstück auf gesamter Tiefe mit der gesamten Schneidenlänge. Die Zerspankräfte werden verringert und gleichmäßig auf die gesamte Schneidenlänge verteilt. Das ermöglicht hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten und lange Standzeiten.

HPC ist erste Wahl bei Anwendungen mit enormen Zerspanraten. Die zu bearbeitenden Bauteile bestehen in der Regel aus hochfesten Stählen, die erhöhte Anforderungen an die Bearbeitung stellen. Um entsprechende Ergebnisse zu erreichen, wird mit höheren Schnittgeschwindigkeiten, größeren Vorschüben pro Zahn und größeren Schnitttiefen gearbeitet. Die hohen Schnittgeschwindigkeiten sind mithilfe von hohen Umdrehungsfrequenzen zu realisieren, sofern es die Fräsmaschine ermöglicht. Durch die Verwendung der gesamten Länge, werden die Schneiden des Fräsers am Umfang wesentlich weniger belastet. Der Verschleiß verringert sich.

Das Fräsverfahren ist nicht neu, doch erst auf Basis der Leistung heutiger Bearbeitungszentren wie der FZ 16 S five axis sowie Geometrieanpassungen und Verschleißfestigkeit der Fräswerkzeuge zeigt sich HPC als Weiterentwicklung in der Zerspanung, wenn es auf enorme Zeitspanvolumen ankommt. Das große Ziel war es, hier einen Benchmark zu setzen. Bei absoluter Prozesssicherheit.

„Durch die 48°-Spiralwinkel erzeugen wir einen enorm weichen Schnitt“, so Ehrler. „Das heißt das Werkzeug schält den Span förmlich heraus. Und das Beste daran ist die enorme Laufruhe, die die Maschine schont.“ Das wurde auch durch entsprechende Vibrationsanalyen – in der Maschine integriert – aufgezeichnet und nachgewiesen. Diese Vibrationsanalysen, die Dynamik der Maschine, der leistungsstarke Ratiofräser und die HPC-Frässtrategie garantieren also Prozessstabilität und damit mehr Teile bei höchster Präzision.

Noch nie da gewesene Schnittparameter

Unter HPC-Bedingungen wird die gesamte Schneidenlänge mit geringer Schnittbreite (5 – 15 % ae) eingesetzt. Somit können enorm hohe Vorschübe erzielt werden. Der Vorschub pro Zahn betrug im Rekordversuch 0,5 mm. Das bedeutet bei vier Zähnen, 2 mm Vorschub pro Umdrehung. Interessant ist das für alle Unternehmen, die große Mengen an Stahl zu zerspanen haben. Maschinenbauteile, der klassische Werkzeug- und Formenbau, wo sich hauptsächlich hochfeste Stähle finden, aber vor allem auch die Luftfahrt, wo leichte Bauteile aus Vollmaterial mit Zerspanraten von bis zu 96 % erzeugt werden. Natürlich ist die spezielle Scheidengeometrie auch in der Automobil- und Zuliefererindustrie optimal einzusetzen und durch die große Schneidenlänge sehr beliebt.

Michael Eble bei Chiron zeigt sich zufrieden: „Wir haben es geschafft, die Frässtabilität und Dynamik einer neuen Maschinenbaureihe deutlich zu erhöhen. In Verbindung mit den neuen Gühring-Fräsern RF 100 Speed P ist noch nie da Gewesenes möglich.“

Gühring KG
https://guehring.com

Chiron-Werke GmbH & Co. KG
https://chiron.de


Fräsrekord auf einen Blick

  • Einspindler FZ 16 S five axis
  • RF 100 Speed P Fräser, Ø 20 mm, HSK 63
  • vc = 450 m/min
  • n = 7162 U/min
  • ae = 1,2 mm = 6 %
  • ap = 63 mm
  • fz = 0,5 mm
  • vf = 14324 mm/min
  • Werkstoff 16MnCr5 1.7131Web-Tipp

Ein Video zum Zerspanrekord finden Sie unter www.youtube.com/watch?v=Kbxj7IGfL8M

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