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Anwendungstechnik:

Wilfried Geis

Anwendungstechnikseminar: 09. November 2013


•• ProzessProzess--Sicherheit Sicherheit

•• PrPrääzision zision

•• OberflOberfläächengchengüüte te

•• Standzeit Standzeit

•• Leistung Leistung

•• ProblemlProblemlööser, spezielle Frser, spezielle Frääswerkzeugeswerkzeuge


• Ändern von Schnittparametern

• Ändern von Fahrstrategien

• Neue Werkzeugkonzepte

• Neue Investitionen in entsprechende Infrastruktur

= Unsicherheit!


• Richtige Verschleißinterpretation

ermöglicht ändern von Schnittparametern!

• Strategiekenntnisse und Einflüsse

ermöglicht ändern von Fahrstrategien!

• Genaue Werkzeuginformation

ermöglicht Einsatz neuer Werkzeugkonzepte!

• Kenntnisse über weitere Einflüsse

sichert Erfolg von neuen Investitionen!


Werkzeug Material Umfeld Strategie

Beim Werkzeug sindOptimierungen möglich

Beim Material sind Optimierungenkaum möglich

Beim Umfeld sind Optimierungen möglich

Bei der Strategie sind große Optimierungenmöglich


Elemente eines Werkzeuges

Schaftmaterialsollte aus HM sein

Poliert oderBeschichtet

Micro Geometrie

Makro Geometrie

Geometriebeispiele (Makro / Mikro)Radiusverstärkung Zahnanschliff Asymmetrien & var. Drall Zentrumgestaltung


Vorteile hochzäher HartmetalleSchneide nach 1 Stunde Fräszeit im Stahl

2.4779

Standard HM hochzähes HM

Vorteile hochharter HartmetalleSchneide nach 1 Stunde Fräszeit im Stahl

2.4779 (Stirnschruppen)

Standard HM hochhartes HM

Standard HM mit Standard Beschichtung

Vorteile hochharter Hartmetallein Kombination mit geeigneterBeschichtungSchneide nach 1 Stunde Fräszeit im Stahl

2.4779 (Schruppen) hochhartes HM mit X oder B Beschichtung


Klassisches CAD CAM wird von zwei Grundgeometrien dominiert.

Zylindr. torischer Grundtyp Sphärischer Grundtyp

Höchste Produktivität durch max. Zeilensprung

Leichte Programmierung aufgrund einfacher Geometrie

Keine (zyl.) oder nur geringe (tor.) geometrische Flexibilität

Niedrige Produktivität aufgrund kleiner Zeilensprünge

Leichte Programmierung aufgrund einfacher Geometrie

Maximale geometrische Flexibilität aufgrund gleichbleibendem Radius

Gibt es synergetische Lösungen?


Bindeglied zwischen Kugel und Zylinder

Quelle: IPT Aachen


• Erhöhung des Zeilensprungs durch großen Radius

• Erhöhte Flexibilität bei sich stark ändernden Werkstückradien

Applikationsorientierte Gestaltung des Werkzeugs

Erhebliche Potentiale zur Produktivitätssteigerung

Gestaltungsmöglichkeiten von Tonnen-Werkzeugen

Vorraussetzungen für den Einsatz solcher Werkzeuge

• 5-Achs-Simultan-Maschinen zwingend notwendig

• Geeignete CAM-Werkzeug-Modellierung


Weichstoffe: PMMA und Wachs Härtere Weichstoffe: Zirkonoxide und Hartgipse Werkst. mit abrasiver Verschleißfähigkeit: Kunststoffe mit KeramikfüllungMetallische Werkstoffe: NEM und Titan

Co% Cr% Mo% Mn% C% Si% Fe% W% Son.% E-Modul/ MPa Bruchdeh.% Härte/ HV10 Herst.~61 28 <0,1 0,25 <0,1 1,65 <0,5 8,5 < 0,1 190000 10 320 Eisenbacher

63 28 5,9 0,65 0,55 0,5 0,6 0,7 < 0,1 185000 2,6 420 Heimerle

~60 29 <0,5 0,35 <0,2 1,85 <0,6 6,9 <0,6 187000 9,5 380 Heraeus

Ti% Al% N% Fe% O% H% V% C% Son.% Zugfestigkeit Bruchdeh.% Dichte g/cm2 Grad>99 0,03 0,25 0,25 0,015 0,08 < 0,02 390 N/mm2 22 4,50 2

>88 6,25 0,05 0,40 0,20 0,015 4,2 0,08 < 0,1 895 N/mm2 10 4,55 6

NEM

Titan


C = Kohlenstoff•

Abrasiv

(Trockenbearbeitung)•

Zunehmender Gehalt: Härtbarkeit

steigt, Dehnung sinkt•

Nassbearbeitung nur mit niedrigen Schnittgeschwindigkeiten •

ab 0.35% wirksam bis 2% ( Trockenbearbeitung) Cr = Chrom

•

Karbidbildner (Verschleiß-

und Warmfestigkeit steigt)•

Aufklebend wenn Temperatur (vc) zu hoch•

Zunehmender Gehalt: Härtbarkeit

(Luft/Oel) steigt.•

+ 1%Cr = + Rm

von 80-100 N/mm2•

Hoch Cr (>15%) legierte Stähle meistens mit Emulsion bearbeitenCo = Kobalt

•

Kobalt zeigt ähnliche Neigung zur Karbidbildung wie Eisen und liegt im Stahl hauptsächlich als das nichtbeständige Karbid Co3C vor.

•

Kobalthaltige Stähle werden oft durch Zusatz von Chrom stabilisiert, welches komplexe Karbide bildet.

•

Die Stabilisierung verhindert eine Entkohlung

bei der Warmverformung und beseitigt auchSchwierigkeiten bei der spanabhebenden

Bearbeitung von Stählen mit mehr als 5 % Co.


Co% Cr% Mo% Mn% C% Si% Fe% W% Son.%~61 28 <0,1 0,25 <0,1 1,65 <0,5 8,5 < 0,1

• C = Martensitbildung ;

• Cr, W, Mo, Mn = Karbidbildner • Kombination der verschiedenen Einflüsse ergibt schwer zerspanbare

Werkstoffe mit hoher Abrasivität und mech. Belastung

Nicht optimale Schnittdaten Optimale Schnittdaten


Steifigkeit

GenauigkeitDrehzahl

Stabilität Führungen

Drehmoment

Vorschub Leistung

TrockenbearbeitungNassbearbeitung mitEmulsion

SteifigkeitSpanntechnik


Maschine 2Maschine 2Maschine 1Maschine 1

Versuch mit Sonderwerkzeug in NEM Vc=250 ; fz=0.03 ; ap=0.3 ; ae=0.05 ; Emulsion 9%


Die Trockenbearbeitung ist empfehlenswert bei NEM.Wobei bei Titan eine Nass-bearbeitung nötig ist.Eine Mindermengenschmierungist nur mit Standard Fräsernzu empfehlen.

Es gibt verschieden Spannmöglichkeiten.Die beste und genaueste ist das Spannen mit einem Schrumpfsystem, aber sehr teuer.Die günstigere und doch genaue Lösung ist das Spannen mit hochgenauen Spannzangen.Diese müssen aber immer sauber gehalten werden.Ebenso sollte die Spannzange nach einiger Zeit ausgetauscht werden!


Durch kreisende Bewegungwird der Eingriffswinkel verringert!

Problem sind hierdie CAM Systeme


80 Grad 90 Grad max.

Der Eingriffwinkel sollte 90 Grad nicht überschreiten, die bessere Lösung sind 80 Grad,aber bei der Dentaltechnik ist dies kaum möglich. Deshalb sollte versucht werdendie Eintauchbewegung kreisend zu gestalten. Ebenso ist auf den richten Eintauchwinkel zu achten!

Kontrollierter Seitl. Versatz


Beispiele von verschiedenenEintauchwinkeln.Der Eintauchwinkel sollteso gering wie möglich gehalten werden.Die Fräser halten länger!Bei manchen CAM Systemen ist dieser einstellbar.Bei Dentalen CAM Systemen ist diesermanchmal fest eingestellt.Später können Sie in den Listenersehen welche Winkel optimal fürdie verschiedenen Fräser sind.

Test: 16 Kavitäten 6 mm tief schruppen


Für die MB Maschinen gibt es in den CAM Systemen besondere Befehle

zur besserenAnsteuerung der Maschine. Diese sind auch bei den meisten Fräserherstellern angegeben.Man kann auswählen welche Bearbeitung ansteht.

Schruppen = R Vorschlichten = S Schlichten = F Feinschlichten = FF


Die Auswahl der Fräsbahn-Bewegungen sollte so gewählt werden, dass der Fräserimmer im gleichen Eingriff ist.Es soll das Arbeiten mit der Nullkante unten am Fräser vermieden werden!


Auch wenn die Schneiden über Mitte geschliffen sind, gibt es einentoten Punkt in der Mitte des Fräserradius. Keine Schnittgeschwindigkeit

Radialkraft = OK

Aktion resultierendeVorschubskraft

Axialkraft = ungünstig

Vc

& n= 0


Fräser Kugel 3 mm mit 6 mm Schaft und Freilänge 15 mm

Fräser Kugel 3 mm mit 6 mm Schaft und Freilänge 24 mm

Obere Reihe ist für Z Achse konstant

Untere Reihe ist für Z Achse variabel

Man sollte immer die Fräserfreilänge nur so groß

wählen, wie diese auch benötigt wird!

Material & Beschichtung

Drallwinkel & Spanwinkel

Schaft Toleranz

Präziser DurchmesserPräziser Schneidradius


Die wichtigen Winkel sind:SchnittwinkelSpanwinkel ()Kollisionswinkel oder Keilwinkel ()Freiwinkel


Legende Abkürzungen Werkzeug:d1 = Schneidendurchmesserd2 = Schaftdurchmesserd3 = Halsdurchmesserd4 = Halsdurchmesser vor Schaftl1 = Gesamtlängel2 = Schneidenlängel3 = Abstand von der Stirn bis zum Ende des Halsesr = Eckradiusα

= Kollisionswinkelλ

= Drallwinkelγ

= Spanwinkelz = Anzahl der Schneidenapmax

= Maximale axiale Zustellung (mm)Φmax

= Maximaler Eintauchwinkelp

= Freiwinkel Hauptschneidep1

= Freiwinkel Rückenp

= Rückspanwinkel der Hauptschneide

Legende Abkürzungen Formel Schnittdaten:d1

= Schneidendurchmesser (mm)z = Anzahl der Schneiden (Stück)ap

= Axiale Zustellung (mm)ae

= Radiale Zustellung (mm)Vc

= Schnittgeschwindigkeit (m/min)fz

= Vorschub pro Zahn und Umdrehung (mm)n = Drehzahl (min-1 ) oder ( Umdrehungen je Minute)Vf

= Vorschubgeschwindigkeit (mm/min)f = Vorschub pro Umdrehung (mm)Q = Zeitspanvolumen (cm3

/ min)deff

= Effektiver Eingriffsdurchmesser (mm)β

= AnstellwinkelLA = Gesamtlänge ab Spindelnase

Ebenenschruppen: Die angegebenen Schnittdaten sind für langenweise Abtragung angegeben.Dabei ist die axiale Maschinenachse auf konstanter Zustellung und verändert sich nicht.Zieh-

und Stossschnitte sind somit nicht empfohlen.3D : Die angegebenen Schnittdaten sind für das Abtragen in der Ebene und parallel zurWerkstückform gültig. Zieh-

und Stossschnitte sind erlaubt.Wobei der Stossschnitt eine ungünstige Situation darstellt und die Standzeit reduziert!

N = Normale FreilängeM = Mittlere FreilängeL = Lange Freilänge


Der wirklich benutzte Fräsdurchmesser, verändert sich beim Fräsen, es kommt auf das Werkstück an.Dadurch muss ein Mittelwert angenommen werden.Je komplexer die Form ist, desto schwieriger ist es den richtigen Kompromiss zu finden.

Bei geraden oder Torus

Fräsern ist das etwas einfacher.

Aber hier können Sie ersehen, wie schwierig es ist eine gute Strategie zu erstellen.Es ist nicht möglich mit Tabellenwerten zu arbeiten.






Bild 1 stellt einen noch guten Fräser dar.Bild 2 ist der Vorschub zu hoch oder/und der Fräsbahnabstand & Z Zustellung zu groß.Bild 3 ist die Schnittgeschwindigkeit zu hoch. (Drehzahl runter)Bild 4 ist ebenso die Schnittgeschwindigkeit zu hoch. ( Zähnezahl prüfen)




Die Präsentation wurde mit Hilfe von Firma hergestellt!

Date post:	12-Oct-2019
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