Lernfeld 9 · Prüfung Teil 2

Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsfräsen

HSC und HPC im Werkzeugbau: Schlichten gehärteter Formeinsätze, wirksamer Durchmesser am Kugelfräser, Wuchten und Zeitspanungsvolumen.

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Darum geht es

Beim Hochgeschwindigkeitsfräsen (HSC) arbeitet man mit sehr hoher Schnittgeschwindigkeit, kleinen Zustellungen und hohem Vorschub. Die Schnittkraft bleibt klein, die Wärme geht mit dem Span, und so lassen sich gehärtete Formeinsätze bis über 60 HRC direkt fertigfräsen. Das spart Elektroden und Polierzeit. Das Hochleistungsfräsen (HPC) zielt dagegen auf großen Abtrag: große Schnitttiefen, stabile Fräser mit ungleicher Teilung, kräftige Spindeln. Meist wird im weichen Zustand mit HPC geschruppt und nach dem Härten mit HSC geschlichtet.

Freiformflächen schlichtet man mit Kugel- oder Torusfräsern im Zeilenverfahren. Beim Kugelfräser schneidet nur ein Ring der Kugel; sein wirksamer Durchmesser hängt von der Schnitttiefe ab und ist oft viel kleiner als der Nenndurchmesser. Die Drehzahl wird mit diesem Durchmesser berechnet. In der Fräsermitte ist die Schnittgeschwindigkeit null, deshalb stellt man den Fräser an. Zwischen den Bahnen bleibt eine Kammhöhe, die mit dem Zeilenabstand quadratisch wächst.

Bei hohen Drehzahlen werden Werkzeug und Halter gemeinsam gewuchtet, typisch auf G 2,5 nach ISO 21940-11. Schrumpffutter sorgen für Rundlauf. Die Maschine braucht schnelle Achsen und eine Steuerung, die viele Sätze vorausschaut. Vor dem Schlichten muss das Restaufmaß gleichmäßig sein, damit Schnittkraft und Abdrängung konstant bleiben.

Das solltest du dir merken

HSC für Oberfläche und Genauigkeit, HPC für Abtrag.
Drehzahl beim Kugelfräser mit dem wirksamen Durchmesser rechnen, nicht mit dem Nenndurchmesser.
Kugelfräser anstellen, damit die Spitze mit Schnittgeschwindigkeit null nicht schneidet.
Doppelte Drehzahl heißt halbe zulässige Restunwucht.
Vor dem Schlichten Restmaterial entfernen, damit das Aufmaß überall gleich ist.

Formeln

Wirksamer Durchmesser am Kugelfräser: $d_{e f f} = 2 \cdot a_{p} \cdot (d - a_{p})$; $d_{e f f}$ wirksamer Durchmesser in mm, $a_{p}$ Schnitttiefe in mm, $d$ Fräserdurchmesser in mm
Zeitspanungsvolumen beim Fräsen: $Q = \frac{a _{p} \cdot a _{e} \cdot v _{f}}{1000}$; $Q$ in cm³/min, $a_{p}$ Schnitttiefe und $a_{e}$ Schnittbreite in mm, $v_{f}$ Vorschubgeschwindigkeit in mm/min
Zulässige Restunwucht: $U_{z u l} = \frac{9549 \cdot G \cdot m}{n}$; $U_{z u l}$ in g·mm, $G$ Wuchtgüte in mm/s, $m$ Rotormasse in kg, $n$ Drehzahl in min⁻¹

Typische Fehler in der Prüfung

Drehzahl mit dem Nenndurchmesser des Kugelfräsers berechnet; die Schneide läuft viel zu langsam.
Den Zeilenabstand vergrößert, um Zeit zu sparen, und die Kammhöhe übersehen.
Beim Zeitspanungsvolumen das Teilen durch 1000 vergessen und mm³ als cm³ angegeben.

Tipps aus der Werkstatt

Beim Kugelfräser die Drehzahl mit d_eff = 2 · √(a_p · (d − a_p)) rechnen, nicht mit dem Nenndurchmesser. Bei 0,3 mm Schnitttiefe schneidet ein 10er Fräser nur mit gut 3,4 mm. HSC heißt kleine Zustellung und hohe Geschwindigkeit, HPC heißt großes Zeitspanungsvolumen.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

14 Aufgaben zu „Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsfräsen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Werkzeugmechaniker/-in (2004 i. d. F. 2018), Lernfeld 9 (Herstellen von formgebenden Werkzeugoberflächen); ISO 21940-11. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.