Was beeinflusst die Lebensdauer von Fräswerkzeugen bei der CNC-Bearbeitung?

Jedes Fräswerkzeug hat eine bestimmte Betriebszeit, nach der seine Effektivität nachlässt. Zu schneller Verschleiß der Schneiden verursacht Stillstandzeiten, verringert die Qualität der Teile und erhöht die Produktionskosten. Das Verständnis der Faktoren, die die Werkzeuglebensdauer beeinflussen, ermöglicht eine effektive Steuerung des Bearbeitungsprozesses.

Die Lebensdauer eines Fräsers hängt von vielen Elementen gleichzeitig ab. Das Werkzeugmaterial, die Wahl der Zerspanungsparameter, die Kühlung und die tägliche Nutzung – jeder dieser Faktoren spielt eine bestimmte Rolle. Die Vernachlässigung auch nur eines Bereichs verkürzt die Lebensdauer des Werkzeugs um ein Vielfaches.

Moderne CNC-Bearbeitung stellt hohe Anforderungen an die Werkzeuge. Präzision, Wiederholgenauigkeit und hohe Leistung sind nur möglich, wenn die Werkzeuge unter optimalen Bedingungen arbeiten.

Material und Aufbau des Fräswerkzeugs als Grundlage der Haltbarkeit

Die Wahl des richtigen Werkzeugs ist der Ausgangspunkt für jeden Fräsprozess. Das Material, aus dem der Fräser gefertigt ist, bestimmt direkt seine Beständigkeit gegen Hitze, Abrieb und mechanische Belastungen. Selbst die am besten gewählten Zerspanungsparameter können den richtigen Werkzeugaufbau nicht ersetzen.

Arten von Materialien, die in Fräswerkzeugen verwendet werden

Fräswerkzeuge werden aus mehreren Materialgruppen hergestellt, und jede hat andere Eigenschaften. Schnellarbeitsstahl, bekannt als HSS, eignet sich für leichtere Anwendungen bei niedrigeren Zerspanungsgeschwindigkeiten. Hartmetall (umgangssprachlich Karbid) ist der Standard in der CNC-Bearbeitung, die hohe Geschwindigkeiten und Genauigkeit erfordert. Keramik und kubischer Bornitrid (CBN) werden bei der Bearbeitung sehr harter Materialien eingesetzt.

Materialien für Fräswerkzeuge:

• Schnellarbeitsstahl HSS, schlagfest, für die Bearbeitung von Aluminium und Kupfer
• Hartmetall, abrieb- und temperaturbeständig, beliebt bei der Stahlbearbeitung
• Cermet, eine Keramik-Metall-Verbindung, für die Oberflächenbearbeitung
• Oxid- und Mischkeramik, für die Bearbeitung von Gusseisen und schwer zerspanbaren Materialien
• CBN (kubisches Bornitrid), für gehärteten Stahl

Jedes Material hat eine andere Anwendung. Hartmetall dominiert in der industriellen CNC-Metallbearbeitung aufgrund seiner Kombination aus Härte und Temperaturbeständigkeit. Keramik- und CBN-Werkzeuge eignen sich für die Bearbeitung von gehärteten Bauteilen, bei denen die Zerspanungstemperatur sehr hoch ist.

Schutzbeschichtungen und ihre Rolle bei der Begrenzung des Schneidenverschleißes

Die Werkzeugbeschichtung ist eine dünne Materialschicht, die auf die Oberfläche des Fräsers aufgebracht wird. Ihre Aufgabe ist es, die Reibung zu verringern, Wärme abzuleiten und vor Abrieb zu schützen. Die Dicke der Beschichtungen beträgt in der Regel 2 bis 10 Mikrometer, und ihre chemische Zusammensetzung ist von großer Bedeutung.​

Die gängigsten Beschichtungen für Fräswerkzeuge sind TiN (Titannitrid), TiAlN (Titan-Aluminium-Nitrid) und AlCrN (Aluminium-Chrom-Nitrid). Die TiAlN-Beschichtung eignet sich besonders gut bei hohen Zerspanungstemperaturen und ist daher beliebt bei der Bearbeitung von Edelstahl und Nickellegierungen. Die AlCrN-Beschichtung zeichnet sich durch ihre Oxidationsbeständigkeit aus und eignet sich für das Trockenfräsen. Die Wahl der Beschichtung sollte auf die Art des zu bearbeitenden Materials und die Prozessbedingungen abgestimmt sein.

Werkzeuggeometrie und Widerstandsfähigkeit gegen Zerspanungskräfte

Die Geometrie eines Fräsers umfasst Spanwinkel, Freiwinkel, die Anzahl der Schneiden und die Form der Spannuten. Jeder dieser Parameter beeinflusst, wie das Werkzeug mit dem Material interagiert. Eine ungeeignete Geometrie führt zu übermäßigen Zerspanungskräften und einem schnelleren Verschleiß der Schneiden.

Fräser mit einer größeren Anzahl von Schneiden ermöglichen eine höhere Vorschubgeschwindigkeit, erfordern jedoch eine effektivere Späneabfuhr. Werkzeuge mit weniger Schneiden eignen sich besser für die Bearbeitung von Aluminium, wo lange Späne entstehen. Der Spanwinkel bestimmt, wie leicht das Werkzeug in das Material eindringt, und der Freiwinkel schützt die Rückseite der Schneide vor Reibung. Hersteller wählen die Geometrie präzise für spezifische Anwendungen aus, und ein Wechsel des zu bearbeitenden Materials erfordert oft einen Werkzeugwechsel.

Zerspanungsparameter und ihr Einfluss auf den Werkzeugverschleiß bei der CNC-Bearbeitung

Zerspanungsparameter sind eine Reihe von Werten, die der Bediener oder Programmierer vor Prozessbeginn einstellt. Drehzahl, Vorschub und Schnitttiefe bestimmen gemeinsam die Arbeitsbedingungen des Werkzeugs. Falsch eingestellte Werte sind eine der häufigsten Ursachen für vorzeitigen Verschleiß von Fräsern.

Schnittgeschwindigkeit und ihr Zusammenhang mit der Schneidentemperatur

Die Schnittgeschwindigkeit, ausgedrückt in Metern pro Minute, bestimmt, wie schnell sich die Schneide über die Materialoberfläche bewegt. Je höher die Geschwindigkeit, desto mehr Wärme wird im Zerspanungsbereich erzeugt. Die Schneidentemperatur kann bei zu hohen Geschwindigkeiten 800°C überschreiten, was zu Materialdiffusion und schnellem Verschleiß führt.

Studien bestätigen, dass die Temperatur einen entscheidenden Einfluss auf den Mechanismus des Werkzeugverschleißes hat. Bei hohen Temperaturen dominiert der Diffusionsverschleiß, der für Hartmetallwerkzeuge, die mit Titanlegierungen arbeiten, besonders schädlich ist. Eine Reduzierung der Schnittgeschwindigkeit um 20 % kann die Lebensdauer des Werkzeugs um das bis zu Zweifache verlängern. Die optimale Geschwindigkeit hängt von der Kombination aus Werkzeugmaterial, Beschichtung und dem zu bearbeitenden Werkstück ab.

Vorschub und Schnitttiefe im Verhältnis zur Abriebintensität

Der Vorschub pro Schneide bestimmt die Dicke des Spans, der bei jedem Durchgang abgetrennt wird. Ein zu geringer Vorschub führt zu Reibung statt Zerspanung und zerstört schnell die Beschichtung. Ein zu hoher Vorschub belastet die Schneide mechanisch und kann zu Ausbrüchen führen.

Die Schnitttiefe wirkt sich direkt auf die Kraft aus, mit der das Werkzeug auf das Material drückt. Große radiale und axiale Schnitttiefen verkürzen die Kontaktzeit des Kühlmittels mit der Schneide. Es wird empfohlen, bei härteren Materialien geringere Schnitttiefen zu verwenden, um Wärme und Kräfte über eine längere Arbeitszeit zu verteilen.

Auswahl der Schnittparameter je nach Materialart

Unterschiedliche Materialien erfordern völlig unterschiedliche Schnittparameter. Aluminium erlaubt hohe Geschwindigkeiten und große Vorschübe. Edelstahl und Nickellegierungen erfordern niedrige Geschwindigkeiten und intensive Kühlung. Gehärtete Werkzeugstähle müssen mit geringer Tiefe und Werkzeugen mit spezieller Geometrie bearbeitet werden.

Die folgende Tabelle zeigt Richtwerte für ausgewählte Materialien beim Fräsen mit Hartmetall.

Die Verwendung von Parametern, die nicht mit den Materialeigenschaften übereinstimmen, verkürzt die Lebensdauer des Werkzeugs drastisch. Regelmäßige Überprüfung und Anpassung der Werte auf der Grundlage der Beobachtung der bearbeiteten Oberfläche und des Zustands der Schneiden ist eine Praxis, die in professionellen CNC-Bearbeitungsbetrieben angewendet wird.​

Folgen falsch gewählter Parameter beim CNC-Fräsen

Falsche Parameter führen zu verschiedenen Arten von Schneidenschäden. Am häufigsten sind abrasive Abnutzung, Ausbröckeln der Schneidkante und plastische Verformung der Schneide. Jeder dieser Mechanismen führt zu einem früheren Werkzeugwechsel und dem Risiko einer Beschädigung des Werkstücks.

Praktische Auswirkungen schlechter Parameter sind:

1. Erhöhung der Schneidentemperatur und Schmelzen der Schutzbeschichtung
2. Verschlechterung der Oberflächenrauheit des bearbeiteten Werkstücks
3. Erzeugung übermäßiger Spindel vibrationen
4. Ausbrechen oder Brechen der Schneide während des Betriebs
5. Beschädigung des Werkstücks oder des Werkzeughalters

Jedes dieser Ereignisse verursacht zusätzliche Kosten und Ausfallzeiten. Eine regelmäßige Analyse der Schnittparameter, insbesondere nach einer Änderung der Materialserie, hilft, die meisten typischen Werkzeugausfälle zu vermeiden.

Kühlung und Schmierung im Fräsprozess

Wärme ist der Hauptfeind jedes Schneidwerkzeugs. Beim CNC-Fräsen steigt die Temperatur in der Kontaktzone zwischen Schneide und Material blitzschnell an. Eine effektive Kühlung und Schmierung bestimmt, ob das Werkzeug seine Schneideigenschaften über den gesamten Arbeitszyklus beibehält.

Kühlmethoden bei der CNC-Metallbearbeitung

Bei der CNC-Metallbearbeitung werden verschiedene Kühlmethoden angewendet, die sich in ihrer Wirksamkeit und Anwendung unterscheiden.

Kühlmethoden beim Fräsen:

• Flutkühlung (flood coolant), ein intensiver Emulsionsstrom, der Späne abführt und die Temperatur senkt
• Durch-Werkzeug-Kühlung (through-tool coolant), Flüssigkeit wird direkt auf die Schneidkante durch Kanäle im Fräser geleitet
• Minimalmengenschmierung (MQL), Ölnebel, reduziert die Reibung bei minimalem Flüssigkeitsverbrauch
• Kryogene Kühlung, flüssiger Stickstoff bei minus 196°C, verlängert die Lebensdauer des Werkzeugs bei der Titanbearbeitung um das Dreifache
• Hochdruckkühlung, bis zu 1000 PSI, wird bei engen Nuten und schwierigen Materialien eingesetzt

Jede Methode hat ihre optimale Anwendung. Die Flutkühlung eignet sich für die Schruppbearbeitung von Stahl, während MQL für die Endbearbeitung von Aluminium geeignet ist, wo kein hoher Flüssigkeitsverbrauch erforderlich ist. Die Hochdruckkühlung durch das Werkzeug sorgt für die beste Späneabfuhr bei kleinen Fräserdurchmessern.​

Einfluss unzureichender Kühlung auf die Werkzeugdegradation

Fehlende oder unzureichende Kühlung führt zu schneller Degradation der Beschichtung und des Werkzeugkerns. Eine Schneide, die hoher Temperatur ausgesetzt ist, ohne dass die Wärme abgeführt wird, verliert an Härte und verformt sich plastisch. Wiederholte Heiz- und Kühlzyklen verursachen Mikrorisse und Ausbröckeln der Kanten.

Untersuchungen an Titanlegierungen Ti-6Al-4V bestätigen, dass kryogene Kühlung die Werkzeugstandzeit im Vergleich zur Trockenbearbeitung verdreifacht. Beim Fräsen von Aluminium 6061 mit einer 7%igen Emulsion erhöhte sich die Werkzeugstandzeit von 45 Minuten auf über 60 Minuten. Eine regelmäßige Überprüfung des Kühlsystems, des Drucks, der Emulsionskonzentration und der Düsenfreiheit ist ein obligatorischer Bestandteil der Maschinenwartung.

Auswahl des Kühlmittels für Material und Werkzeugtyp

Nicht jedes Kühlmittel passt zu jedem Material. Wasseremulsionen eignen sich gut für Stahl und Gusseisen, können aber Korrosion an Werkzeughaltern verursachen. Synthetische Öle bieten eine bessere Schmierung bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Trockenbearbeitung oder Ölnebel kann bei Aluminium und Magnesiumlegierungen besser sein.

Die Emulsionskonzentration hat direkten Einfluss auf ihre Kühl- und Schmiereigenschaften. Eine zu niedrige Konzentration schwächt den Korrosionsschutz und die Schmierleistung. Eine zu hohe Konzentration führt zu Schaumbildung, Ablagerungen und schlechterer Wärmeleitfähigkeit. Normen empfehlen die regelmäßige Überprüfung der Konzentration mit einem Refraktometer und den Austausch der Emulsion alle paar Wochen.

Tipp: Beim Fräsen von Edelstahl und Nickellegierungen ist die Hochdruckkühlung durch das Werkzeug mit einer 8–10%igen Emulsion am besten geeignet. Dieser Ansatz leitet Späne effektiv aus der Schnittzone ab und schützt die Beschichtung des Fräsers vor Überhitzung.

Präzisions-CNC-Metallbearbeitungsdienste bei CNC Partner

Die Standzeit von Fräswerkzeugen hängt unter anderem davon ab, ob der Bearbeitungsprozess von erfahrenen Spezialisten mit der entsprechenden Maschineninfrastruktur durchgeführt wird. Die Firma CNC Partner ist auf präzise CNC-Metallbearbeitung spezialisiert und führt sowohl Einzel- als auch Serienaufträge für Kunden aus Polen und ganz Europa aus. Langjährige Erfahrung, ein moderner Maschinenpark und eine strenge Qualitätskontrolle machen das Unternehmen zu einem zuverlässigen Partner in der industriellen Fertigung.

CNC Partner entstand aus der Fusion zweier Unternehmen mit langjähriger Erfahrung in der Zerspanung. Ein ständig erweiterter Maschinenpark und Investitionen in neue Technologien ermöglichen die Realisierung selbst der anspruchsvollsten Aufträge. Angebotskalkulationen werden innerhalb von 2 bis 48 Stunden erstellt, und die Lieferzeiten liegen zwischen 3 und 45 Tagen.

Umfassendes Angebot an CNC-Bearbeitungsdienstleistungen

CNC Partner bietet vier Hauptdienstleistungen in der Metallbearbeitung an, die jeweils auf unterschiedliche technische und branchenspezifische Anforderungen zugeschnitten sind.

Metallbearbeitungsdienstleistungen:

• CNC-Fräsen, präzise Formgebung von Elementen mit komplexen Formen und Toleranzen bis zu wenigen Mikrometern, eingesetzt u.a. in der Luftfahrt, Automobilindustrie und Medizin
• CNC-Drehen, Bearbeitung von Rotationskörpern, die hohe Wiederholgenauigkeit und Maßhaltigkeit gewährleistet, mit der Möglichkeit der Bearbeitung von Stahl bis 54 HRC
• CNC-Schleifen, eine Endbearbeitungsmethode, die eine ideale Oberflächenglätte und enge Maßtoleranzen erzielt
• Draht-Erodieren WEDM, funkenerosives Schneiden, das die Bearbeitung von Materialien mit Härten bis zu 64 HRC und Parallelität unter 5 μm ermöglicht

Jede Dienstleistung wird mit fortschrittlicher CAM-Software realisiert, die eine Simulation und Optimierung der Werkzeugwege vor Produktionsbeginn ermöglicht. CNC-Fräsen und -Drehen umfassen eine breite Palette von Materialien, von Aluminium und Baustahl bis hin zu Titanlegierungen und rostfreien Stählen. Draht-Erodieren WEDM ermöglicht hingegen die Herstellung von Elementen, deren Fertigung mit anderen Methoden unmöglich ist, z. B. Matrizen, Stempel und Schneidwerkzeuge.

Qualität, die von Kunden bestätigt wird

Die Kundenbewertungen von CNC Partner sind eindeutig. Das Unternehmen hält die höchste Bewertung auf Google, und positive Rezensionen bestätigen die Pünktlichkeit, Präzision und Zuverlässigkeit der durchgeführten Aufträge. Zu den Kunden des Unternehmens gehören Produktionsbetriebe, Konstruktionsbüros, die Prototypen bestellen, sowie andere CNC-Bearbeitungsbetriebe, die zusätzliche Aufträge vergeben. Jeder Auftrag wird individuell behandelt, mit vollem Engagement in jeder Phase, von der Angebotserstellung bis zur Lieferung der fertigen Elemente.

Das Unternehmen bedient europäische Märkte, u. a. Frankreich, Deutschland, Dänemark, die Schweiz und Belgien. Die Lieferung von Bestellungen innerhalb Polens erfolgt innerhalb von 48 Stunden. Bei größeren Aufträgen bietet CNC Partner den Transport mit eigenen Fahrzeugen direkt zum Kunden an.

Um die Dienstleistungen der präzisen CNC-Metallbearbeitung in Anspruch zu nehmen, das detaillierte Angebot zu prüfen oder eine Preisschätzung zu bestellen, ist es notwendig, sich direkt mit dem Unternehmen CNC Partner in Verbindung zu setzen. Das Spezialistenteam steht neuen Kunden zur Verfügung und bietet technische Beratung und Unterstützung in jeder Phase der Projektrealisierung.

Betrieb und Wartung von Fräswerkzeugen

Selbst das beste Werkzeug verschleißt zu schnell, wenn es falsch bedient oder vernachlässigt wird. Tägliche Praktiken der Bediener und Mechaniker haben einen realen Einfluss darauf, wie viele Stunden ein Fräser arbeiten wird. Der richtige Betrieb bedeutet nicht nur Sorgfalt für die Werkzeuge, sondern auch eine effiziente Kontrolle des gesamten Fräsprozesses.

Überwachung des Verschleißzustands von Schneiden während des Betriebs

Die regelmäßige Überprüfung des Zustands der Schneiden ermöglicht den Austausch des Werkzeugs zum richtigen Zeitpunkt. Ein zu früher Austausch verursacht Verluste, während ein zu später Austausch das Risiko einer Beschädigung des Werkstücks birgt. Moderne CNC-Systeme überwachen Schnittkräfte, Vibrationen und Betriebszeiten und signalisieren die Überschreitung des zulässigen Verschleißes.

Bediener sollten auf mehrere Anzeichen achten, die auf Werkzeugverschleiß hindeuten:

1. Veränderung des Maschinengeräuschs, ein charakteristisches Quietschen oder Klopfen
2. Verschlechterung der Oberflächenrauheit des bearbeiteten Werkstücks
3. Erhöhung des Spindelstromverbrauchs
4. Sichtbare Abnutzungsspuren oder Ausbrüche an der Schneidkante
5. Abweichungen der Werkstückabmessungen außerhalb der Toleranz

Die visuelle Beurteilung der Schneiden unter einer Lupe oder einem Digitalmikroskop nach jeder Produktionsserie ist eine bewährte Praxis. Die Festlegung der sogenannten Standzeit des Werkzeugs für einen bestimmten Prozess, d. h. die Anzahl der Werkstücke oder die Schnittminuten, ermöglicht die Planung von Werkzeugwechseln ohne Ausfallrisiko.

Betriebsfehler, die die Lebensdauer von Werkzeugen verkürzen

Viele vorzeitige Werkzeugschäden entstehen durch Fehler im täglichen Betrieb. Eine unsachgemäße Befestigung des Fräsers im Spannfutter verursacht Rundlaufabweichungen, die den Verschleiß der Schneiden um ein Vielfaches beschleunigen. Ein Rundlauffehler von nur 0,02 mm verkürzt die Lebensdauer des Werkzeugs um bis zu 50 %.

Häufige Betriebsfehler:

• Zu geringe Einspanntiefe des Fräsers im Spannfutter, unter dem dreifachen Werkzeugdurchmesser
• Verwendung von abgenutzten oder verschmutzten Schrumpf- und Hydrospannfuttern
• Fehlende Reinigung der Spindelaufnahme vor dem Einsetzen des Spannfutters
• Lagerung von Fräsern lose, ohne Schutz der Schneiden
• Verwendung von Werkzeugen nach Überschreitung der empfohlenen Betriebszeit

Jeder dieser Fehler hat messbare Auswirkungen auf die Werkzeugstandzeit und die Bearbeitungsqualität. Eine unsachgemäße Lagerung, insbesondere der Kontakt der Schneiden miteinander oder mit Metalloberflächen, beschädigt die Beschichtung und die Schneidkante noch vor dem Einschalten der Maschine. Systematische Schulungen der Bediener und klare Verfahren für die Werkzeughandhabung eliminieren die meisten dieser Probleme.

Tipp: Nach jeder Produktionsschicht sollten die Fräser gereinigt, visuell geprüft und in speziellen Behältern oder Ständern abgelegt werden. Dieses Vorgehen verlängert die Lebensdauer der Werkzeuge und reduziert ungeplante Maschinenstillstände.

FAQ: Häufig gestellte Fragen

Wie lange arbeitet ein Fräswerkzeug in der CNC-Bearbeitung durchschnittlich?

Die durchschnittliche Betriebszeit eines Fräswerkzeugs beträgt 15 bis 20 Minuten kontinuierliche Zerspanung pro Schneide. Die Hersteller ermitteln diesen Wert unter kontrollierten Laborbedingungen bei optimalen Zerspanungsparametern. In der tatsächlichen Produktion kann die Betriebszeit je nach bearbeitetem Material, Prozessparametern und Kühlbedingungen länger oder kürzer sein.

Eine Reduzierung der Schnittgeschwindigkeit verlängert die Lebensdauer des Werkzeugs. Eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit um 20 % über den empfohlenen Wert hinaus halbiert die Standzeit des Fräsers. Eine Überschreitung um 50 % reduziert die Lebensdauer auf ein Fünftel der ursprünglichen Betriebszeit.

Welche Faktoren verkürzen die Lebensdauer von CNC-Fräsern am stärksten?

Die wichtigsten Faktoren, die zu einem vorzeitigen Verschleiß von Fräswerkzeugen führen, sind falsche Schnittparameter. Eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit erzeugt übermäßige Wärme in der Kontaktzone zwischen Schneide und Material. Ein zu hoher Vorschub überlastet die Schneidkante mechanisch und kann zu Ausbrüchen führen. Unzureichende Kühlung beschleunigt die Degradation der Schutzbeschichtung und des Werkzeugkerns.

Auch der Rundlauf des Werkzeugs im Werkzeughalter spielt eine wichtige Rolle. Ein Rundlauf von 0,02 mm verkürzt die Lebensdauer eines Fräsers um bis zu 50 %. Die falsche Auswahl des Werkzeugs für das zu bearbeitende Material und mangelnde Maschinenwartung sind weitere Faktoren, die den Verschleiß beschleunigen.

Woran erkennt man eine verschlissene Fräserschneide während des Maschinenbetriebs?

Der Verschleiß der Fräserschneide äußert sich durch mehrere charakteristische Anzeichen. Eine Veränderung des Maschinengeräuschs, ein Quietschen oder Klopfen sind erste Anzeichen. Ein erhöhter Stromverbrauch der Spindel und eine Verschlechterung der Oberflächenrauheit deuten auf einen Verlust der Schärfe der Schneidkante hin.

Die visuelle Kontrolle der Schneiden unter einer Lupe oder einem Digitalmikroskop nach jeder Produktionsserie ermöglicht die Erkennung von Abnutzung, Ausbrüchen oder plastischen Verformungen der Kante. Maßabweichungen des Werkstücks außerhalb des Toleranzbereichs sind ein Signal dafür, dass das Werkzeug sofort ausgetauscht werden muss. Die regelmäßige Überwachung des Zustands der Schneiden eliminiert das Risiko von Werkstückbeschädigungen und ungeplanten Stillständen.

Beeinflusst die Wahl der Werkzeugbeschichtung deren Haltbarkeit?

Die Werkzeugbeschichtung hat einen direkten Einfluss auf deren Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit. Die TiAlN-Beschichtung (Titan-Aluminiumnitrid) eignet sich gut für hohe Schnitttemperaturen, insbesondere bei der Bearbeitung von Edelstahl und Nickellegierungen. Die AlCrN-Beschichtung zeichnet sich durch Oxidationsbeständigkeit aus und eignet sich für das Trockenfräsen ohne Kühlmittel.

Die Dicke der Beschichtung beträgt in der Regel 2 bis 10 Mikrometer. Die richtige Wahl der Beschichtung für die Art des zu bearbeitenden Materials verlängert die Betriebszeit des Werkzeugs erheblich. Die Verwendung eines Fräsers mit einer ungeeigneten Beschichtung verkürzt die Lebensdauer und führt zu einer schnelleren Degradation der Schneidkante.

Wie beeinflusst die Kühlung die Lebensdauer von Fräswerkzeugen?

Eine effektive Kühlung ist einer der Schlüsselfaktoren für die Haltbarkeit von Fräsern. Die im Schnittbereich entstehende Wärme zerstört die Schutzbeschichtung und verändert die mechanischen Eigenschaften des Werkzeugmaterials. Untersuchungen bei der Bearbeitung von Titanlegierungen Ti-6Al-4V haben gezeigt, dass kryogene Kühlung die Lebensdauer des Werkzeugs im Vergleich zur Bearbeitung ohne Kühlung verdreifacht.

Die Konzentration der Kühlmittelmulsion, der Druck der Flüssigkeitszufuhr und die Durchgängigkeit der Düsen sind ebenfalls von Bedeutung. Eine zu geringe Konzentration der Emulsion schwächt ihre Schmier- und Schutzeigenschaften. Die regelmäßige Kontrolle des Kühlsystems und der Austausch der Emulsion alle paar Wochen ist eine gängige Praxis in Betrieben, die eine hohe Werkzeugstandzeit aufrechterhalten.

Beeinflusst die Lagerung von Fräswerkzeugen deren Lebensdauer?

Die Art und Weise, wie Fräswerkzeuge gelagert werden, wirkt sich direkt auf den Zustand der Schneidkante vor dem ersten Gebrauch aus. Fräser, die lose und ohne Klingenschutz gelagert werden, sind dem Kontakt mit anderen Werkzeugen oder Metalloberflächen ausgesetzt. Ein solcher Kontakt zerstört die Beschichtung und bricht die Schneidkante bereits vor dem Einschalten der Maschine ab.

Werkzeuge sollten in speziellen Behältern oder Ständern aufbewahrt werden, die den gegenseitigen Kontakt der Schneiden verhindern. Das Reinigen des Fräsers von Spänen und Kühlmittelresten vor dem Ablegen schützt die Beschichtung vor Korrosion. Klare Lagerungsverfahren und systematische Schulungen der Bediener minimieren Beschädigungen von Werkzeugen außerhalb der Maschine.

Zusammenfassung

Die Lebensdauer von Fräswerkzeugen in der CNC-Bearbeitung hängt von vier miteinander verbundenen Bereichen ab: Material und Aufbau des Werkzeugs, Schnittparameter, Kühlungseffektivität und täglicher Betrieb. Die Vernachlässigung eines dieser Bereiche führt zu schnellerem Verschleiß der Schneiden, geringerer Teilequalität und ungeplanten Stillständen. Jede Entscheidung, von der Auswahl der Fräserbeschichtung bis zur Einstellung der Emulsionskonzentration, hat direkte Auswirkungen auf die Effizienz des gesamten Prozesses.

Ein systematischer Ansatz für das Werkzeugmanagement, basierend auf der Verschleißüberwachung, der richtigen Parameterauswahl und regelmäßiger Wartung, ist die Grundlage für eine effiziente Produktion. Betriebe, die diese Prinzipien anwenden, erzielen durchweg längere Produktionsserien, eine bessere Maßhaltigkeit und geringere Stückkosten. Die Investition in Wissen über die Werkzeugstandzeit zahlt sich in jeder CNC-Bearbeitungsumgebung schnell aus.

Quellen:

1. https://pl.wikipedia.org/wiki/Frezowanie_(obr%C3%B3bka_skrawaniem)
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Milling_(machining)
3. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0888327021000121
4. https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-3feb6b56-6b01-4fca-a597-45626d970c27
5. https://bibliotekanauki.pl/articles/95386.pdf
6. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11538394/
7. https://impact.ornl.gov/en/publications/milling-tool-wear