10 wichtige Schritte in Fräswerkzeugherstellung für die moderne CNC-Bearbeitung

10 wesentliche Schritte bei der Herstellung von Fräswerkzeugen für die fortgeschrittene CNC-Bearbeitung

Fräswerkzeugherstellung ist ein sich rasant entwickelnder Prozess. Durch die ständige Weiterentwicklung der Fertigungstechnologien ist die Fräswerkzeugherstellung heute spezialisierter denn je. Sie hat direkten Einfluss auf die Bearbeitungsgenauigkeit, die Werkzeugstandzeit und die Gesamtproduktivität.

Ob Sie nun Teile für die Luft- und Raumfahrtindustrie oder einfache Industrieteile für den täglichen Einsatz in den meisten Unternehmen fertigen: Die Qualität Ihrer CNC-Fräswerkzeuge ist entscheidend für die Erzielung hochwertiger und konsistenter Ergebnisse.

Moderne Hersteller sind stark auf die neuesten Entwicklungen im Bereich der Fräswerkzeuglösungen angewiesen, um engere Toleranzen, weniger Ausfallzeiten und eine höhere Gesamteffizienz als je zuvor zu erzielen.

In diesem Leitfaden erläutern wir die zehn wichtigsten Schritte der Fräswerkzeugherstellung und zeigen so, wie die Fräswerkzeuge die Ergebnisse des CNC-Fräsens maßgeblich beeinflussen.

1. Anwendungsanforderungen verstehen

Um ein effektives Fräswerkzeug zu entwickeln, muss ein Fertigungsingenieur zunächst dessen Einsatzzweck verstehen. Dazu gehören Kenntnisse über Spindeldrehzahl, Materialhärte (HRC), Axialkräfte und thermische Bedingungen. Dies ist besonders wichtig, da sich Fräswerkzeuge für Aluminium deutlich von solchen für gehärtete Stähle und Titan unterscheiden. Die Analyse des gesamten Prozessumfelds ermöglicht es Werkzeugherstellern, CNC-Fräswerkzeuge zu entwickeln, die optimale Ergebnisse liefern.

2. Die Wahl des richtigen Werkzeugmaterials

Die Leistung von Fräswerkzeugen hängt maßgeblich vom gewählten Substrat ab. Jedes Substrat weist unterschiedliche Eigenschaften auf.

• HSS: Kostengünstig, vielseitig einsetzbar.

• Hartmetall: Hohe Härte, hohe Hitzebeständigkeit.

• Keramik: Ausgezeichnete Festigkeit bei hohen Temperaturen.

• PKD: Das beste Substrat für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen.

Bei der Auswahl des Substrats für ein Fräswerkzeug ist es wichtig, das richtige Substrat zu wählen, um optimale Leistung hinsichtlich Verschleißfestigkeit, Genauigkeit und Lebensdauer zu gewährleisten. Hartmetalle sind die am häufigsten verwendeten Substrate für moderne CNC-Maschinen, da sie ein optimales Verhältnis zwischen Zähigkeit und Härte bieten.

3. Pulververarbeitung und Sintern (für Hartmetallwerkzeuge)

Die Herstellung von Hartmetallwerkzeugen umfasst das Vermischen kleiner Wolframcarbid-Partikel (TC) mit einem Bindemittel wie Kobalt. Das Gemisch wird zu einem Pulver verpresst, in eine Form gepresst und anschließend durch Sintern wärmebehandelt. Dabei verschmilzt das TC zu einem sehr dichten und extrem harten Material – ideal für CNC-Fräsbearbeitungen. Daher wirkt sich jede Ungenauigkeit in diesem Prozess direkt auf die endgültige Festigkeit des Hartmetallwerkzeugs aus.

4. Präzisionsformen und Umformen

Nach der Vorbereitung des Werkzeug Rohlings beginnt die eigentliche Formgebung. Mithilfe von CNC-Schleifmaschinen, Laserbearbeitungssystemen und anderen fortschrittlichen EDM-Verfahren wird die Grundgeometrie des Werkzeug-Rohlings sowie die Nutenprofile, Spanwinkel, Spiralwinkel und Abmessungen erzeugt. Die Formgebung des Werkzeug Rohlings erfordert höchste Präzision, da bereits geringfügige Abweichungen von den Spezifikationen zu unzureichender Spanabfuhr, Wärmeableitung und Oberflächenqualität führen können.

Die in der Fertigung moderner Fräswerkzeuglösungen eingesetzten Mehrachsen-Schleifsysteme (MAG) gewährleisten eine Genauigkeit im Submikrometerbereich bei gleichzeitig hoher Wiederholgenauigkeit in der Serienfertigung.

5. Kantenvorbereitung und Abziehen

Scharfe Schneiden sind bei kurzen Schnittzeiten von Vorteil, doch unter hoher Belastung lässt sich die Standzeit eines Werkzeugs durch eine mikro geschärfte Schneide deutlich verlängern. Die Schneidkanten Vorbereitung umfasst das Abrunden oder Glätten der Schneidkanten, um die Anzahl von Mikrorissen zu verringern und die Stabilität der Schneiden zu erhöhen. Gängige Verfahren hierfür sind Bürsten, Gleitschleifen und Mikrostrahlen. Dieser Schritt ist besonders wichtig für Werkzeuge, die beim Hochgeschwindigkeits-CNC-Fräsen eingesetzt werden, da in diesen Anwendungen höhere Kräfte und Temperaturen auftreten.

6. Beschichtungsanwendung

Moderne CNC-Hersteller setzen beschichtete Werkzeuge in großem Umfang ein. Beschichtungen schützen die Werkzeuge vor Verschleiß, erhöhen ihre Hitzebeständigkeit und verringern die Reibung. Zu den gängigsten Beschichtungen zählen:

• TiN (Titannitrid),

• TiAlN (Titan-Aluminium-Nitrid),

• AlTiN (Aluminium-Titan-Nitrid) und

• DLC (diamantähnlicher Kohlenstoff).

Die richtige Beschichtung kann die Standzeit von Werkzeugen in anspruchsvollen Anwendungen um bis zu 200–500 % verlängern und ist daher bei bestimmten Anwendungen ein entscheidender Faktor.

7. Qualitätsprüfung und -test

Jedes Werkzeug wird gemäß den Industriestandards einer gründlichen Qualitätsprüfung unterzogen. Dabei messen Lasermessgeräte, hochauflösende Mikroskope und Koordinatenmessgeräte die folgenden Parameter der Werkzeugprüfung, bis alle Qualitätsprüfungen bestanden sind:

• Maßtoleranzen

• Rundlauf

• Oberflächengüte

• Schichtdicke

• Werkzeugbalance

Mit zunehmender Komplexität der CNC-basierten Fertigung steigt auch der Bedarf an Qualitätssicherung als entscheidender Faktor für die erfolgreiche Implementierung von Fräswerkzeuglösungen. Hersteller führen häufig Leistungstests an Musterwerkzeugen durch, um deren Schneidleistung und Standzeit zu ermitteln

8. Auswuchten und Polieren

Hochgeschwindigkeits-CNC-Fräsen erfordert eine präzise Werkzeugwuchtung. Unwuchtige Werkzeuge können Vibrationen, übermäßigen Werkzeugverschleiß, mangelhafte Oberflächengüte und Spindelausfälle verursachen. Durch Polieren der Werkzeugnut (Schneidkante) wird ein gleichmäßiger Spanfluss beim Zerspanen erreicht. Dies reduziert die Wärmeentwicklung und verbessert die Gesamteffizienz der Werkzeuge, insbesondere in Branchen mit hochpräzisen Bearbeitungsverfahren (z. B. Luft- und Raumfahrt, Werkzeug- und Formenbau, Automobilzulieferindustrie usw.).

9. Anpassung und Entwicklung spezieller Geometrien

Manche Anwendungen erfordern aufgrund spezieller Materialien und Geometrien einzigartige oder kundenspezifische Fräswerkzeuge. Die Anpassung kann die Konstruktion von Werkzeugen mit variabler Spiralform, mehreren Schneiden oder unterschiedlichen Eckenradien sowie die Integration von Kühlsystemen umfassen. Dieses Verfahren ermöglicht es Herstellern, Werkzeuge speziell für eine bestimmte Anwendung zu entwickeln, was zu kürzeren Zykluszeiten und höherer Genauigkeit führt.

10. Verpackung und Rückverfolgbarkeit

Nach der Fertigung des Werkzeugs erfolgt im letzten Schritt die fachgerechte Verpackung und Etikettierung. Jedes Werkzeug erhält eine Chargennummer, Materialspezifikationen, Angaben zur Beschichtungsart und eine Kundenauftragsnummer. Die Möglichkeit, das Werkzeug über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg zurückzuverfolgen, ist insbesondere in der Verteidigungs- und Medizintechnikbranche, wo höchste Qualität oberste Priorität hat, von entscheidender Bedeutung.