Chiplastformel: Anwendungen, Auswahlkriterien und praktische Anleitungen

Fragen Sie zehn Maschinisten, wie sie die Vorschubgeschwindigkeit ausgewählt haben, und Sie erhalten zehn verschiedene Antworten, aber die ehrlichen Antworten kommen meist auf die gleiche kleine Rechenaufgabe zurück. Die Spanlastformel verknüpft Spindelgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Nutenzahl in einer einzigen Zeile und ist der schnellste Weg, von einem Bauchgefühl zu einer Zahl zu gelangen, die Sie tatsächlich an der Maschine verteidigen können. Was folgt, ist die Formel selbst, die Einheitenumrechnungen, die Menschen zum Stolpern bringen, die Spanverdünnungskorrektur, die fast jeden erwischt, und die Kontrollen, die wir durchführen, bevor wir einem neuen Fräser einen Produktionsauftrag anvertrauen.

Welche Chiplast tatsächlich misst

Die Spanlast, geschrieben als fz und oft auch Vorschub pro Zahn genannt, ist die Materialstärke, die eine Schneidkante während einer einzelnen Umdrehung des Werkzeugs abträgt. Es handelt sich um eine Zahl pro Zahn, nicht pro Umdrehung, womit große Verwirrung entsteht. Ein vierschneidiger Fräser, der sich mit 8.000 U/min dreht, entfernt vier Späne pro Umdrehung, daher muss die Vorschubgeschwindigkeit auf vier Arten aufgeteilt werden.

Diese Unterscheidung ist wichtig, da der Span die Wärme von der Schneidzone ableitet. Drücken Sie einen zu leichten Span und die Kante reibt statt zu schneiden, wodurch Hitze im Werkstück entsteht und dabei Edelstahl oder Titan kaltverfestigt wird. Wenn Sie einen zu starken Span drücken, verliert die Schneide einfach ihre Festigkeit, insbesondere bei kleinen Durchmessern. Die Chiplast ist der Regler, der zwischen diesen beiden Fehlern liegt, und die Formel gibt an, wie Sie sie ermitteln.

Die Spanlastformel in imperialen und metrischen Einheiten

Die Kernbeziehung ist kurz genug, um sich Folgendes einzuprägen:

fz = F ÷ (n × z)

Dabei ist fz die Spanlast pro Zahn, F die Vorschubgeschwindigkeit, n die Spindeldrehzahl in U/min und z die Anzahl der Spannuten. Neu angeordnet gibt es Ihnen die zu programmierende Vorschubgeschwindigkeit: F = fz × n × z . Die Spindelgeschwindigkeit selbst ergibt sich aus der Schnittgeschwindigkeit, mit n = (1000 × Vc) ÷ (π × D) in metrischen Einheiten oder n = 3,82 × SFM ÷ D in imperialen Einheiten, wobei D der Werkzeugdurchmesser ist.

Ein praktischer Hinweis aus der Werkstatt: Notieren Sie sich die Einheiten neben jeder Zahl, bevor Sie zum Taschenrechner greifen. Fast jede falsche Vorschubgeschwindigkeit, nach der wir gefragt werden, geht auf einen metrischen Wert zurück, der in ein imperiales Feld eingegeben wurde, oder umgekehrt.

Ein praktisches Beispiel, dem Sie folgen können

Nehmen Sie einen 10-mm-Hartmetall-Schaftfräser mit drei Schneiden aus 6061-Aluminium mit einer Schnittgeschwindigkeit von 300 m/min und einer angestrebten Spanlast von 0,06 mm pro Zahn. Zuerst die Spindelgeschwindigkeit: (1000 × 300) ÷ (3,1416 × 10) ergibt etwa 9.550 U/min. Dann die Vorschubgeschwindigkeit: 9.550 × 3 × 0,06 ≈ 1.719 mm/min, was die meisten Leute auf 1.700 mm/min aufrunden.

Die imperiale Version verhält sich identisch. Ein 1/2-Zoll-Vierschneidefräser bei 3.000 U/min und einem Ziel von 0,002 Zoll pro Zahn ergibt 3.000 × 4 × 0,002 = 24 IPM. Wenn die Maschine oder die Einrichtung diesen Vorschub nicht aushalten kann, senken Sie nicht stillschweigend den Vorschub und behalten Sie die Drehzahl bei – senken Sie gleichzeitig die Spindeldrehzahl, damit die Spanlast dort bleibt, wo Sie sie haben wollten.

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Spanverdünnung ändert die Antwort

Alles oben Genannte setzt voraus, dass der Fräser über mindestens die Hälfte seines Durchmessers im Eingriff ist. Wenn Sie diesen Wert unterschreiten, wie dies bei Schlichtdurchgängen, trochoidalen Werkzeugwegen und tiefen Taschen der Fall ist, kann der Span physikalisch nicht seine Nenndicke erreichen, weil der Eingriffsbogen zu kurz ist. Die Formel ist immer noch korrekt, aber die Zahl, die Sie programmieren, muss nach oben korrigiert werden.

Der Korrekturfaktor ist CTF = 1 ÷ √(1 − (1 − 2 × ae ÷ D)²) , wobei ae die radiale Schnitttiefe und D der Werkzeugdurchmesser ist. Bei einem radialen Eingriff von 0,1 × D beträgt der Faktor etwa 1,67, sodass aus nominellen 0,06 mm pro Zahn im Programm etwa 0,10 mm pro Zahn werden. Überspringen Sie diesen Schritt bei einem leichten Schlichtdurchgang und Sie reiben effektiv die Kante entlang der Wand, was eine häufige Ursache für schlechte Oberflächengüte und kurze Werkzeugstandzeit ist.

Referenz-Spanlastwerte nach Material

Diagramme sind ein Ausgangspunkt, kein Urteil, aber sie sparen Zeit, wenn Sie keine Vorgeschichte mit einem Material haben. Die folgenden Bereiche gelten für einen 6-mm-Hartmetallfräser in einer einigermaßen steifen Anordnung und sollten mit dem Durchmesser skaliert werden – ein 1-mm-Werkzeug schafft einen kleinen Bruchteil dieser Werte.

Bei Aluminium lohnt sich die Formel wirklich, denn die Spanne zwischen Reibung und Überlastung ist groß und der Nutzen, wenn man einen ordentlichen Chip betreibt, ist groß. Ein dreischneidiger Wellenschneider, der für das Material entwickelt wurde, nimmt auch schwere Späne bei hohem Vorschub problemlos auf Aluminium-Vorschub- und Geschwindigkeitstabellen Zeigen Sie, wie sich die Zahlen mit der Legierung und dem Durchmesser ändern.

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Schwierige Materialien brauchen einen zweiten Blick

Titan und andere hitzebeständige Legierungen bestrafen eine zu optimistische Spanlast schneller als jedes andere Material, mit dem wir arbeiten, da die Hitze nirgendwo hingehen kann. Die Formel gilt weiterhin, aber die Spannuten, die Spangeometrie und die Beschichtung des Werkzeugs entscheiden darüber, wie viel von der berechneten Zahl Sie tatsächlich verwenden können. Ein für Titan gefertigter Fräser mit der richtigen Spirale und Kantenvorbereitung hält eine geringere Spanlast gleichmäßiger als ein Allzweckwerkzeug mit der gleichen Anzahl, und zwar ohne, dass die Kante nach vierzig Minuten abbricht.

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Fehler, die wir am häufigsten sehen

• Verwendung einer Spanlastzahl für jeden Durchmesser, wenn ein 1-mm-Werkzeug nur einen Bruchteil dessen benötigt, was ein 12-mm-Werkzeug benötigt.
• Vergessen Sie die Anzahl der Nuten – Kugelkopf- und Schruppfräser verfügen nicht immer über die Anzahl der Schneiden, die Sie vermuten.
• Programmieren Sie eine so geringe Spanladung, dass die Kante reibt, und geben Sie dann dem Werkzeug die Schuld für die Brandspuren.
• Unrundheit ignorieren. Ein paar Mikrometer Exzentrizität verwandeln eine belastete Flöte in eine überlastete Flöte.
• Bei leichten radialen Eingriffen wird die Spanverdünnungskorrektur übersprungen, wodurch sich die tatsächliche Spandicke leise verdoppelt.
• Ändern der Vorschubgeschwindigkeit, ohne die Spindeldrehzahl zu berühren, sodass die Spanlast vom beabsichtigten Wert abweicht.

Beweisen Sie es mit einem Testschnitt

Berechnete Zahlen sind eine Hypothese; Ein Probeschnitt ist der Beweis. Beginnen Sie bei etwa 80 Prozent des berechneten Vorschubs und steigern Sie sich in Schritten von 10 bis 15 Prozent. Achten Sie dabei auf Rattern und die Späne und nicht nur auf die Spindellast. Dünne, silbrige Chips, die sich kräuseln und sauber brechen, lassen darauf schließen, dass Sie sich in der Nähe des Sweet Spots befinden. Blaue oder pudrige Splitter, ein klingelndes Geräusch oder eine brünierte Wand bedeuten, dass der Chip zu hell ist oder sich der Aufbau verbiegt.

1. Notieren Sie den berechneten fz, den programmierten Vorschub und die Drehzahl auf dem Arbeitsblatt.
2. Schneiden Sie eine kurze Testlänge ab und überprüfen Sie die Farbe und Form der Chips.
3. Messen Sie die Wandbeschaffenheit und überprüfen Sie nach dem ersten Durchgang die Werkzeugkante unter einer Lupe.
4. Nehmen Sie die Anpassung in kleinen Schritten vor und behalten Sie dabei die Chiplast im Auge, anstatt einer einzelnen Zahl hinterherzujagen.
5. Speichern Sie die bewährte Kombination für dieses Material und Werkzeug und betrachten Sie sie als Ihre neue Basislinie.

Die Spanlastformel besteht nur aus drei Variablen, erklärt aber das meiste, was an der Spindel richtig oder falsch läuft. Richten Sie die Einheiten gerade aus, wenden Sie die Spanverdünnungskorrektur an, wenn der radiale Eingriff leicht ist, und lassen Sie einen Testschnitt die Berechnung bestätigen. Wenn Sie zwischen Geometrien für ein bestimmtes Material wählen, sind unsere Vollhartmetall-Schaftfräser-Sortiment ist nach Werkstückmaterial organisiert, sodass Sie das Werkzeug der Aufgabe zuordnen können, bevor überhaupt Zahlen eingegeben werden.