Kunststoff-Zerspanung

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Fräsen

Fräsen bezeichnet das spanabhebende Bearbeiten von Metallen, Holz oder Kunststoffen mittels eines Fräswerkzeuges. Es erfolgt auf speziellen Werkzeugmaschinen – in der Regel Fräsmaschine oder Bearbeitungszentrum.

Im Gegensatz zum Drehen wird die zur Spanabhebung notwendige Schnittbewegung durch Rotation des Schneidewerkzeuges gegenüber dem fest im Maschinentisch eingespannten Werkstück erzeugt. Die hingegen zur Formgebung notwendige Vorschubbewegung wird je nach Bauart entweder durch Verschiebung des Maschinentisches oder durch Bewegung des Fräswerkzeuges um das Werkstück herum erreicht. Vorschubbewegungen können je nach Bauweise – auch kombiniert – in der X- ,Y- und Z-Achse oder entlang der jeweiligen Rotationsachsen erfolgen.

Man unterscheidet beim Fräsen grundsätzlich zwischen:

1. Gegenlauffräsen

Beim Gegenlauffräsen bewegt sich die Schneide des rotierenden Werkzeugs im Eingriffsbereich entgegen der Vorschubrichtung des Werkstücks und bildet einen vom Eintrittspunkt zum Austrittspunkt der Schneide sich verdickenden Span (Kommaspan). Vor dem Eintreten der Schneide in den Werkstoff gleitet sie auf der Arbeitsfläche und verfestigt das vorhandene Gefüge. Dadurch entsteht erst eine hohe Reibung und anschließend muss die Schneide durch das verfestigte Material dringen. Infolge der zunehmenden Spandicke ist die Maschine unterschiedlich belastet und neigt zu Vibrationen . Auch ist dadurch bedingt der Kraftaufwand langsam ansteigend. Bei Schneideneintritt ist er gering, weil noch wenig Material abgenommen werden muss, wächst aber dann während des Fräsvorgangs an und erreicht kurz vor Schneidenaustritt seinen maximalen Wert, bevor der Kommaspan schließlich abgetrennt wird.

Der während des Fräsvorgangs durch die Verdichtung entstehende hohe Druck verursacht einen starken Verschleiß der Freiflächen an den Schneiden, wodurch sich die Standzeit verringert. Aufgrund dieses Nachteils ist das Gegenlauffräsen somit nur ökonomisch sinnvoll, wenn Werkstücke harte und verschleißend wirkende Randzonen aufweisen (geringerer Verfestigungseffekt) und wenn der Tischantrieb nicht ohne Spiel ist. Die im Gegenlauf gefrästen Flächen besitzen zwar eine durch den Gleitvorgang der Schneide glatte, jedoch wellige Struktur.

Zum spielbehafteten Tischantrieb, der in der Regel nur bei älteren oder defekten Fräs- oder Bohrwerken vorkommt, gehört das Gegenlauffräsen, denn beim Gegenlauffräsen drückt der Fräser den angetriebenen Werkstücktisch mit gleichmäßiger Flächenlastverteilung gegen die Antriebsgewindespindel. Auf diese Weise werden Spielfreiheit für den Vorschub erreicht und ungewollte Schlittenbewegungen ausgeschlossen.

2. Gleichlauffräsen

Beim Gleichlauffräsen bewegt sich die Schneide des rotierenden Werkzeugs im Eingriffsbereich in Richtung des Vektors der Werkstückvorschubrichtung. Baut sich beim Gegenlauffräsen die Kraft langsam auf, so ist sie beim Gleichlauffräsen unmittelbar bei Schneideneintritt am größten, nimmt dann aber kontinuierlich ab. Der Span reißt bei Schneidenaustritt ab, wodurch eine matte Oberfläche entsteht.(Bedingt durch den kommaförmigen Span wird anfangs viel Material abgenommen und am Ende wenig.)

Die kraftrichtungsbedingte Neigung des Fräsers, das Werkstück ruckartig in Vorschubrichtung zu reißen, begünstigt ungewollte Änderungen in der Schlitten- bzw. Werkstückposition. Deshalb muss die Vorschubeinrichtung des Schlittens der Werkzeugmaschine absolute Spielfreiheit bzw. hohe Steifigkeit aufweisen. Aufgrund der geringeren Ratterneigung sind die erreichbaren Oberflächengüten beim Gleichlauffräsen gegenüber dem Gegenlauffräsen unter sonst gleichen Zerspanungsbedingungen besser – vorausgesetzt, diese begünstigen nicht die Bildung von Aufbauschneiden.

Wegen des geringeren Schneiden- und Freiflächenverschleißes kann mit gleicher Standzeit gegenüber dem Gegenlauffräsen die Vorschubgeschwindigkeit um 50 % erhöht werden.

Des Weiteren kann nach dem Fräsverfahren wie in DIN 8589, unterschieden werden:

1. Planfräsen erzeugt ebene Flächen und gliedert sich in Umfangs-Planfräsen (Walzenfräser), Stirn-Planfräsen (Messerkopf), Stirn-Umfangsfräsen (Walzenstirnfräser oder Schaftfräser)
2. Wasserstrahlfräsen mittels Hochdruckwasserstrahl zur Abrasion von Beton
3. Wälzfräsen mit profilierten Fräsern zum Herstellen von Zahnrädern oder Keilwellen
4. Profilfräsen zum Herstellen von Führungen mittels Längs-Profilfräsen und Rund-Profilfräsen
5. Schraubfräsen mit Profilfräsern zur Herstellung von Spindeln oder Schnecken
6. Rundfräsen zur Herstellung zylindrischer Flächen mittels Außen-Rundfräsen und Innen-Rundfräsen
7. Formfräsen zur Herstellung beliebiger räumlicher Flächen mittels Freiformfräsen (Gravieren), Nachformfräsen und NC-Formfräsen
8. Schlagzahnfräsen zur Herstellung ebener Flächen. Ein Schlagzahnfräser besitzt nur eine Schneide und erzeugt auch bei einem Winkelfehler der Frässpindel, bei Spiel in der Frässpindel, bei wechselnden Schnittkräften, oder bei nicht exakt gleich langen Fräserzähnen (Messerkopf) hohe Oberflächengüten.