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Wendeschneidplatten-Schaftfräser vs. Vollhartmetall-Schaftfräser: Die Wahl richtet sich nach der Wirtschaftlichkeit des Fertigungsprozesses
Für Wendeschneidplatten-Schaftfräser vs. Vollhartmetall-Schaftfräser Bei der Auswahl sollte man zunächst den Prozessbereich betrachten, anstatt nach einem einzigen „Gewinner“ zu suchen. Ein Vollhartmetall-Schaftfräser ist oft bei kleineren Durchmessern attraktiv, wo kompakte Geometrie, hohe Schneidkantenanzahl, spezielle Spiralformen und die Eignung für die Feinschlichtbearbeitung entscheidend sind. Ein Wendeplattenfräser wird oft dann interessant, wenn Durchmesser, Schruppvolumen und Schneidkantenverschleiß zunehmen, da abgenutzte Schneidkanten gewechselt oder ersetzt werden können, ohne den Fräskörper entsorgen zu müssen. Der Übergangspunkt hängt weiterhin von der Maschine, dem Werkstückmerkmal, dem Werkstoff, dem Zyklus, der Standzeit und den Kosten pro akzeptiertem Teil ab.
Viele Betriebe sollten beides einsetzen. Mit einem Wechselplattenkörper lässt sich Material in großen Mengen abtragen, während ein Vollkörperwerkzeug Ecken, Wände oder Details nachbearbeitet, die die Einsätze nicht erreichen können. Der richtige Vergleich findet daher nicht nur zwischen zwei Werkzeugen statt, sondern zwischen zwei kompletten Bearbeitungsabläufen.
Was ändert sich, wenn die Schneide austauschbar wird?
A Vollhartmetall-Schaftfräser Es handelt sich um einen monolithischen Fräser: Schaft, Kern, Schneidnuten und Schneidkanten bilden ein einziges Werkzeug. Diese Bauweise ermöglicht kleine Durchmesser und eine große Bandbreite an Schneidnutanzahlen, Spiralformen, Eckengeometrien, Spanbrechern, Hälsen und Schlichtausführungen. Wenn eine Schneide beschädigt oder über die Prozessgrenze hinaus abgenutzt ist, wird der Fräser ausgetauscht oder gegebenenfalls einer kontrollierten Aufarbeitung unterzogen.
Bei einem indexierbaren Schaftfräser sind der langlebige Fräskörper und die austauschbaren Schneideinsätze voneinander getrennt. Der Fräskörper dient zur Aufnahme der Schneideinsätze, überträgt die Kräfte auf den Halter und kann innerhalb des zugelassenen Systems mit verschiedenen Schneideinsatssorten oder -geometrien bestückt werden. Eine abgenutzte Schneide kann auf eine andere brauchbare Ecke umgeschaltet oder der Schneideinsatz ausgetauscht werden. Dies wirkt sich sowohl auf die Wirtschaftlichkeit als auch auf den Wartungsaufwand aus.
Die austauschbare Schneide führt zu Schnittstellen, die bei einem monolithischen Fräser nicht vorhanden sind: Schneideinsatzaufnahmen, Schrauben, Aussparungen, Schneidenausrichtung, Zustand des Fräskörpers und Höhenunterschiede zwischen den einzelnen Schneideinsätzen. Eine beschädigte Aufnahme oder ein eingeklemmter Span kann den Rundlauf und die Lastverteilung beeinträchtigen, selbst wenn der neue Schneideinsatz an sich einwandfrei ist. Umgekehrt kann ein ausgebröckeltes Vollhartmetallwerkzeug den Austausch des gesamten Fräsers erfordern, anstatt nur einer Schneide.
Der grundlegende Unterschied in der Konstruktion lässt sich gut anhand eines Vergleichs zwischen Vollhartmetall und wendbare Fräswerkzeuge. Die Anwendungsbeobachtungen dienen weiterhin als Ausgangspunkt; der ausgewählte Werkstückkörper, der Einsatz, das Vollhartmetallwerkzeug und die Maschinendaten bestimmen nach wie vor den Ablauf des Arbeitsvorgangs.
Beginnen Sie mit Durchmesser, Reichweite und der erforderlichen Geometrie
Der Durchmesser beeinflusst den praktischen und wirtschaftlichen Vergleich. Bei einem kleinen Durchmesser ist möglicherweise nicht genügend Platz für einen austauschbaren Schneideinsatz, eine Schraube, einen Sitz und einen stabilen Körper vorhanden. Mit Vollhartmetall lässt sich die Schneidgeometrie in einem kleineren Durchmesser unterbringen. Mit zunehmendem Durchmesser steigen die Materialkosten eines großen monolithischen Hartmetallwerkzeugs, während sich bei einem wiederverwendbaren Körper aus Stahl oder Hartmetall mit austauschbaren Schneideinsätzen die Betriebskosten auf viele Schneidenwechsel verteilen lassen.
Es gibt keinen allgemeingültigen Übergangsdurchmesser. Dieser hängt von der Werkzeugkonstruktion, der Schneideinsatzgröße, der Anzahl der Zähne, dem Werkstoff des Werkzeugkörpers, dem Anwendungsbereich, den lokalen Preisen und den verfügbaren Produktfamilien ab. Holen Sie konkrete Angebote für in Frage kommende Werkzeuge ein, anstatt sich auf einen aus dem Gedächtnis wiedergegebenen Richtwert zu verlassen.
Die Reichweite kann auch zu einer anderen Wahl führen als erwartet. Ein langes, kleines Massivwerkzeug kann sich verbiegen oder unerschwinglich teuer werden; ein Wechselplattenkörper bietet möglicherweise einen entlasteten Schaft oder eine modulare Verlängerung. In einem anderen Fall können die Geometrie der Wendeschneidplatte oder der Freiraum des Körpers verhindern, dass der Wechselplattenfräser eine enge Ecke erreicht, die ein verjüngtes Massivwerkzeug bearbeiten kann.
Prüfen Sie die Funktion vor der Plattform:
- Mindestinnenradius und Bodenecke;
- axiale Schnittlänge und Gesamtreichweite;
- Wand-, Boden- und Konturgeometrie;
- Anforderungen hinsichtlich Rampen, schrägem Einschnitt, Eintauchen, Schlitzfräsen oder Profilieren;
- Abstand zwischen Halter und Spindelspitze;
- erforderliche Oberflächenbeschaffenheit und Maßhaltigkeit;
- ob bei einem Körper oder einem Einsatz ungeschnittenes Material zurückbleibt, das mit einem zweiten Werkzeug bearbeitet werden muss.
Die Plattform, die zum Nenndurchmesser passt, kann dennoch die geometrischen Anforderungen nicht erfüllen.
Schruppen und Schlichten voneinander trennen
Beim Schruppen sind eine zuverlässige Zerspanungsleistung, eine optimale Kantenausnutzung, eine gute Spankontrolle und die Toleranz gegenüber unterbrochenem oder variablem Werkstoff entscheidend. Beim Schlichten sind ein vorhersehbarer Rundlauf, eine geringe Durchbiegung, eine gut zugängliche Geometrie und eine stabile Oberflächengestaltung entscheidend. Ein Fräser kann manchmal beide Aufgaben erfüllen, doch die Kombination dieser Funktionen sollte sich eher durch die Ausbeute an einwandfreien Teilen rechtfertigen als durch die Vermeidung eines Werkzeugwechsels.
Ein Wendeplatten-Schulterfräser oder ein Hochvorschubkörper kann große Materialmengen effizient abtragen, sofern die Maschine die erforderliche Leistung, den erforderlichen Vorschub und die erforderliche Steifigkeit bereitstellen kann. Austauschbare Wendeplatten können die finanziellen Auswirkungen des Schneidkantenverschleißes verringern, und die Sorten können innerhalb des zugelassenen Systems des Körpers an unterschiedliche Werkstoffe angepasst werden. Allerdings können der Einsatzeradius, der Spanwinkel, der Körperdurchmesser und der Zahnrundlauf zu Restmaterial oder Oberflächenqualitäten führen, die einen weiteren Durchgang erfordern.
Ein Vollhartmetallwerkzeug eignet sich gut für das Schruppen mit hoher Schnittgeschwindigkeit und geringer Zustellung und kann dank einer größeren Auswahl an Schneiden und Geometrien auch kleinere Ecken erreichen. Mit demselben Werkzeug kann nach dem Schruppen auch die Feinarbeit durchgeführt werden. Ein langer Zyklus mit vielen leichten Durchgängen ist jedoch nicht automatisch wirtschaftlich, nur weil das Werkzeug lange hält.
Eine von Menschen moderierte Shop-Diskussion zum Thema Wendeschneidplatten-Werkzeuge im Vergleich zu Vollmetallwerkzeugen für die Profil-Schruppbearbeitung bringt die eigentliche Frage auf den Punkt: Die durch eine andere Schruppstrategie erzielte Zeitersparnis muss gegen die Maschinenleistung, das Verhalten der Schneideinsätze, die Schlichtzugabe und die verbleibenden Bearbeitungsschritte abgewogen werden. Es handelt sich um Erfahrungswerte, bei denen die Zerspanungsleistung weiterhin von der jeweiligen Einrichtung abhängt.
Ein gängiges Verfahren ist das Schruppen mit Wendeschneidplatten, gefolgt vom Halb- oder Fertigschleifen mit Vollhartmetallwerkzeugen. Bei einem anderen Bearbeitungsvorgang können durchgehend Vollhartmetallwerkzeuge zum Einsatz kommen, da Durchmesser, Zugänglichkeit, Spindeldrehzahl und Geometrie dies begünstigen. Bei einem dritten Fall können Schruppen und Fertigbearbeitung mit Wendeschneidplatten erfolgen, wenn der Werkstückkörper, die Abstreifergeometrie, der Rundlauf und die Oberflächenanforderungen diese Wahl rechtfertigen.
Die Maschine soll die wahren Grenzen aufzeigen
Die Werkzeugleistung ist nur innerhalb des Arbeitsbereichs der Maschine von Nutzen. Ein kleiner Vollhartmetallfräser benötigt möglicherweise eine Spindeldrehzahl, die die Maschine nicht erreichen kann. Ein größerer Wechselplattenkörper erfordert möglicherweise ein Drehmoment, eine Leistung, einen Vorschub oder eine Steifigkeit, die die Maschine nicht bereitstellen kann. Es kann zu Rattern kommen, noch bevor die in den Katalogen angegebene Nennleistung erreicht wird.
Eintrag:
- nutzbarer Drehzahlbereich der Spindel unter Last;
- Dauer- und Kurzzeitgrenzwerte für Leistung oder Drehmoment;
- maximale regelbare Vorschubgeschwindigkeit und Beschleunigung;
- Spindel-, Halter- und Werkzeugrundlauf;
- Werkzeugüberhang und Steifigkeit der Spannvorrichtung;
- radialer und axialer Eingriff;
- Kühlmittel- oder Luftzufuhr und Spanabfuhrleistung;
- Stabilität des Werkstücks beim Abtragen von Material.
Man sollte eine Plattform nicht als “steifer” bezeichnen, ohne dabei Durchmesser, Geometrie des Körpers/Kerns, Überstand, Halter, Form des Schneideinsatzes, Eingriff und Einrichtung anzugeben. Ein monolithisches Hartmetallwerkzeug hat keine Wendeschneidplattenverbindung, doch ein größerer Wendeplattenkörper kann wesentlich steifer sein als ein kleinerer Vollhartmetallfräser mit großer Reichweite. Bei einem instabilen Werkstück kann die Variante mit geringerer Kraftaufnahme produktiver sein, selbst wenn ihre theoretische Zerspanungsleistung geringer ist.
Das Vergleichsexperiment im Betrieb zwischen dem Schruppen mit Wendeschneidplatten bei hohem Vorschub und dem Schruppen mit Vollhartmetallwerkzeugen verdeutlicht, wie die Werkstückgeometrie, die Maschine, die Reichweite und der Werkzeugweg darüber entscheiden, ob ein nominell aggressives Werkzeug seinen Vorteil ausspielen kann.
Kosten pro angenommenem Teil berechnen
Der Kaufpreis allein führt zu Fehlentscheidungen. Ein Einsatz mag günstig erscheinen, bis die Kosten für den Werkstückkörper, ungenutzte Ecken, den Arbeitsaufwand für die Ausrichtung, Sitzschäden und Lieferengpässe mit einberechnet werden. Ein massives Werkzeug mag teuer erscheinen, bis seine Zykluszeit, die Oberflächenqualität, die Aufarbeitung oder der Wegfall eines zweiten Werkzeugs berücksichtigt werden.
Verwenden Sie für beide Routen dasselbe Buchungsfenster.
| Kostenangabe | Indizierbare Route: Messung | Vorgehensweise mit Vollhartmetall: Maß | Quelle der Beweise |
|---|---|---|---|
| Eigentumsverhältnisse bei Werkzeugen | Karosseriepreis und erwartete Lebensdauer der Karosserie, verteilt auf die Produktion | Neupreis des Schneidwerkzeugs abzüglich des nachgewiesenen Wiederbeschaffungswerts | Einkaufs- und Werkzeugbauunterlagen |
| Nutzbare Schneidkanten | Verbrauchte Einsätze, nutzbare Ecken, ungewöhnlicher Kantenverlust | Verbrauchte Schneidwerkzeuge und Restlebensdauer vor dem Austausch | Änderungsprotokoll für Schneidkanten/Schneidwerkzeuge |
| Arbeitskosten ändern | Ausrichten, Reinigung der Sitzflächen, Überprüfung der Schrauben, Überprüfung des Versatzes | Werkzeugwechsel, Voreinstellung, Offset-Überprüfung | Beobachtete Arbeitszeit |
| Zyklusausgang | Taktzeit und Anzahl der akzeptierten Teile pro Kante | Zykluszeit und Anzahl der einwandfreien Teile pro Fräser | Maschinen- und Produktionsdaten |
| Versorgungskontinuität | Verfügbarkeit von Grad/Geometrie und Kontinuität des Körpersystems einfügen | Verfügbarkeit von Schneidwerkzeugen und Lieferzeit für Nachschliff/neue Werkzeuge | Aufzeichnungen über zugelassene Lieferanten und Lagerbestände |
| Qualitätsrisiko | Ausschuss, Nacharbeit, Maßabweichungen, Oberflächenfehler, Probleme mit Sitz und Gehäuse | Ausschuss, Nacharbeit, Verschleißabweichung, Bruch, Abweichungen beim Nachschleifen | Qualitätsaufzeichnungen |
Berechnen Stückkosten Berücksichtigen Sie dabei die akzeptierte Ausbringung, nicht die begonnenen Werkstücke. Rechnen Sie die Bearbeitungszeit zum vollkostenbasierten Stundensatz des Betriebs, den Werkzeug- und Schneideinsatzverbrauch, den Aufwand für Werkzeugwechsel, die Prüfung, Nacharbeit und Ausschuss mit ein. Falls bei einem Bearbeitungsablauf ein Schlichtwerkzeug hinzugefügt oder ein Arbeitsschritt wegfällt, berücksichtigen Sie auch diese Differenz.
Die Zerspanungsleistung ist zwar Bestandteil des Modells, stellt aber nicht das Modell selbst dar. Eine höhere Zerspanungsleistung, die die Maschine überlastet, die Schneideinsätze unvorhersehbar beschädigt oder zusätzlichen Nachbearbeitungsaufwand verursacht, kann die Gesamtkosten pro Teil erhöhen. Auch ein langsamerer Bearbeitungsablauf kann sich als nachteilig erweisen, wenn eine lange Zykluszeit alle anderen Einsparungen zunichte macht.
Erfassen Sie die Kosten pro Teil über einen ausreichend großen Produktionsumfang, um normalen Verschleiß und Schwankungen zu berücksichtigen. Ein neuer Körper mit neuen Einsätzen und ein neuer Vollhartmetallfräser reichen nicht aus, um einen stabilen Übergangspunkt zu ermitteln.
Zählen Sie die durch die jeweilige Plattform verursachten Ausfallarten
Bei einem Wendeplattenfräser sind die Wendeplattensitze, Schrauben, Beschädigungen der Tasche, die Ausrichtung der Schneidkanten, die Wendeplattengüte und -geometrie, Spanstau, der Rundlauf des Fräskörpers sowie die Lastverteilung zu überprüfen. Wird eine Wendeplatte ausgetauscht, ohne einen beschädigten oder verschmutzten Sitz zu beheben, kann der Defekt erneut auftreten. Uneinheitliche Schneidkantenbedingungen oder falsche Wendeplatten können dazu führen, dass ein Zahn eine unverhältnismäßig hohe Belastung trägt.
Bei einem Vollhartmetall-Schaftfräser sind der Verschleiß der Schneidrillen, Beschädigungen an den Ecken, ausgebröckelte Kanten, der Zustand der Beschichtung, der Kontakt zwischen Schaft und Halter, der Rundlauf, der Auszug sowie etwaige durch Nachschleifen bedingte Änderungen des Durchmessers oder der Geometrie zu überprüfen. Ein noch einsatzfähiges Werkzeug liefert nicht unbedingt ein akzeptables Bearbeitungsergebnis, wenn sich die Abmessungen oder die Oberflächengüte verändert haben.
Beide Plattformen können aufgrund derselben Ursachen auf der vorgelagerten Seite ausfallen: übermäßiger Überstand, schlechter Zustand des Halters, instabile Werkstückspannung, falsche Eingriffsart, nachgeschnittene Späne, ungeeignete Schnittdaten oder ein Maschinenbetrieb außerhalb des stabilen Betriebsbereichs. Führen Sie eine Diagnose des gesamten Systems durch, bevor Sie die Plattform als Ursache verantwortlich machen.
Legen Sie die Eingaben fest, bevor Sie sich für eine Plattform entscheiden
Geben Sie das Werkstückmaterial, den Arbeitsgang, den Ausgangszustand, den Durchmesser, die Reichweite, die Eckengeometrie, den Eingriff, die Schrupp- und Schlichtzugaben, die Soll-Zykluszeit, die Qualitätsanforderungen, die Maschinengrenzen, den Halter, das Kühlmittel, das Volumen und die zugelassenen Lieferanten an.
Verwenden Sie die Wendeschneidplatten Seite zur Ermittlung geeigneter Familien, nachdem diese Eingaben definiert wurden. Bestätigen Sie den tatsächlichen Körper, fügen Sie Schnittstellen, Güteklassen, Abmessungen, Verfügbarkeit und Anwendungsdaten ein; eine Kategorieseite stellt keine Eignung für einen bestimmten Vorgang fest.
Dokumentieren Sie für jeden Kandidaten die Kombination aus Werkstück und Schneideinsatz bzw. das entsprechende Vollwerkzeug. Ein Werkstück ohne nachhaltige Versorgung mit Schneideinsätzen ist keine langlebige Plattform. Ein Vollwerkzeug, dessen Geometrie nicht konsistent ersetzt werden kann, stellt ebenfalls ein Lagerrisiko dar.
Entscheiden Sie sich mithilfe eines A/B-Testlaufs
Führen Sie gleichwertige, kontrollierte Versuche durch, wenn der wirtschaftliche Crossover von Bedeutung ist. Achten Sie darauf, dass Material, Teileüberarbeitung, Maschine, Werkstückspannung, Rohteilzustand und Prüfverfahren vergleichbar sind. Verwenden Sie für jeden Kandidaten geeignete Schnittdaten, anstatt unterschiedlichen Geometrien identische Befehle aufzuzwingen.
Erfassen Sie die Zykluszeit, die Materialabtragsrate, die Spindelbelastung, die Standzeit der Schneidkante oder des Schneidwerkzeugs, den Zeitaufwand für den Werkzeugwechsel, die Oberflächengüte, das Maßverhalten, den Nachbearbeitungsaufwand, den Ausschuss sowie die Eingriffe des Bedieners. Prüfen Sie nach dem Testlauf nicht nur das Werkstück, sondern auch den Werkzeugkörper bzw. das Massivwerkzeug.
Wählen Sie den Fräsweg, der die gewünschte, akzeptierte Leistung bei den niedrigsten tragbaren Kosten pro Teil erzielt. Das Ergebnis kann ein Wechselplattenfräser, ein Vollhartmetallfräser oder eine Kombination aus zwei Werkzeugen sein. Falls die Entscheidung einer Änderung des Wendeplattenpreises, der Standzeit des Fräserkörpers, der Standzeit der Schneidplatten, der Maschinenverfügbarkeit oder der Ausschussquote nicht standhält, dokumentieren Sie diese Sensitivität, anstatt den Übergangspunkt als dauerhaft darzustellen.
