Sie kennen das Problem bestimmt: Mitten im Zerspanungsprozess bricht unvermittelt der Fräser ab – ohne dass es dafür einen sichtbaren Grund wie Spänestau oder falsche Schnittparameter gibt. So ein Werkzeugbruch kann fatale Schäden an den nachfolgenden Werkzeugen oder der Maschine nach sich ziehen. Außerdem führt ein gebrochener Fräser zum Stillstand der Maschine – Zeit, in der nicht produziert werden kann und die Wirtschaftlichkeit leidet.
Wenn der Fräser bricht, kann das verschiedenste Gründe haben. Voraussetzung für einen sicheren Fräsprozess ist vor allem, dass alle Parameter stimmen: Eine Überbeanspruchung, aber auch eine Unterbeanspruchung des Werkzeugs kann zum Bruch führen. Wichtig ist auch eine ausreichende Maschinenleistung, optimale Kühlung und eine möglichst hohe Rundlaufgenauigkeit des Werkzeugs und der Maschinenspindel. Doch gerade beim Fräsen gibt es noch ein weiteres Kriterium: die Kräfte, die während der Bearbeitung auf Werkzeug und Werkstück wirken. Wer hier weiß, was zu beachten ist, kann unnötigem Fräserbruch vorbeugen.
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Diese Kräfte führen zum Fräserbruch
Beim Fräsen entstehen verschiedene Kräfte, die auf das Fräswerkzeug wirken. Werden diese Kräfte aber zu groß, wird der Schneidstoff überlastet und kann brechen. In diesem Zusammenhang sind zwei Kräfte relevant: radiale Abdrängkräfte und axiale Zugkräfte.
1. Radiale Abdrängkräfte
Die radialen Abdrängkräfte sind umso größer, je schneller gefräst wird und je fester das Material ist. Das heißt, sie steigen mit zunehmender Belastung. Wie genau die radialen Abdrängkräfte auf das Fräswerkzeug wirken, erklärt Rolf Ehrler, Gühring-Produktmanager für Fräswerkzeuge, im Video:
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2. Axiale Zugkraft
Kritisch wird die radiale Abdrängung in Kombination mit einer zweiten Kraft: der axialen Zugkraft. Diese Kraft entsteht beim Fräsen überwiegend durch den Spiralwinkel. Je größer dieser Spiralwinkel ist, desto weicher schneidet das Werkzeug, aber desto größer ist auch die axiale Zugkraft. Im Video sehen Sie, was das für die Fräsbearbeitung bedeutet.
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So spannen Sie Bauteile und Werkzeuge richtig
Dass diese beiden Kräfte beim Fräsen entstehen, lässt sich nicht verhindern. Es liegt auch nicht im Interesse des Zerspaners, diese Kräfte zu reduzieren, denn dafür müsste er langsamer fräsen, was wiederum unwirtschaftlich wäre. Die Lösung besteht darin, Bauteile und das Werkzeug sicher zu spannen, um Werkzeugbruch zu vermeiden.
Werkzeuge richtig spannen
Eine Werkzeugaufnahme, die labil ist, zu viel Spiel hat oder zu klein bzw. zu lang oder dünn ist, kann sich den Zerspan- und Zugkräften nur schwer entgegenstellen. Sie sollten eine Werkzeugaufnahme mit einer ausreichenden Größe nutzen, die über eine hohe Spannkraft und Rundlaufgenauigkeit verfügt. Zudem sollten Fräser möglichst kurz eingespannt werden, damit sie sich nicht durchbiegen. Alle Spannbohrungen und Werkzeugschäfte sind vor dem Einsetzen immer zu reinigen und zu kontrollieren. Auch die Spannschraube sollten Sie regelmäßig auf Verschleiß prüfen. Und nicht vergessen: Nach dem Einspannen Rund- und Planlauf der Fräswerkzeuge überprüfen.
Bauteile richtig spannen
Auch eine instabile Aufspannung des Werkstücks kann zu Vibrationen beim Fräsen führen, durch die das Werkzeug bricht. Werkstücke können auf verschiedene Arten gespannt werden, dabei sollte die Spannvorrichtung aber folgende Anforderungen erfüllen: Das Bauteil sollte möglichst starr gespannt werden und sich weder beim Spannen noch später beim Fräsen verformen. Außerdem sollte sich die Spannvorrichtung nahe am Maschinentisch befinden. Ist keine stabile Aufspannung möglich, sollten Sie Werkzeugweg und Vorschubrichtung in Richtung der stabilsten Stelle der Spannvorrichtung lenken, um die stabilsten Zerspanungsbedingungen zu erzielen.
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