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Schnittkräfte und ihr Einfluss auf den Fräsprozess
Zu hohe Schnittkräfte können Werkzeugverschleiß verursachen und die Lebensdauer des Werkzeugs verkürzen.

Schnittkräfte und ihr Einfluss auf den Fräsprozess

Die Zerspankräfte spielen beim Fräsen eine entscheidende Rolle. Daher ist das Verständnis des Einflusses der Zerspankräfte beim Fräsen und der Faktoren, die sie beeinflussen, für die Optimierung des Prozesses und die Erzielung qualitativ hochwertiger Ergebnisse unerlässlich.

Fräsen ist ein Bearbeitungsverfahren, das zur Herstellung komplexer und präziser Teile aus festen Materialien verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird ein Schneidwerkzeug gedreht und gegen das Werkstück bewegt, um Material abzutragen, wobei Späne entstehen. Die Schnittkräfte spielen beim Fräsen eine entscheidende Rolle, da sie die Qualität des Endprodukts, den Werkzeugverschleiß und die Leistung der Werkzeugmaschine beeinflussen. 

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Die Optimierung der Zerspanungsparameter ist eine wesentliche Voraussetzung für die Reduzierung der Schnittkräfte und die Verbesserung der Effizienz des Fräsprozesses.

Drei Komponenten

Schnittkräfte sind die Kräfte, die während des Zerspanungsprozesses auftreten und von mehreren Faktoren beeinflusst werden, darunter die Werkzeuggeometrie, der Werkstoff des Werkstücks, die Schnittparameter und die Eigenschaften der Werkzeugmaschine. Die Schnittkraft beim Fräsen besteht aus drei Komponenten: Radialkraft (Fr), Tangentialkraft (Ft) und Axialkraft (Fa). Die Radialkraft wirkt senkrecht zur Schneide und ist dafür verantwortlich, dass das Werkzeug vom Werkstück weggedrückt wird. Die Tangentialkraft wirkt parallel zur Schneide und ist für das Abscheren des Materials verantwortlich. Die Axialkraft wirkt entlang der Achse des Werkzeugs und ist für die Schnitttiefe und die Durchbiegung des Werkzeugs verantwortlich.

Beeinflussende Faktoren: Werkzeuggeometrie

Einer der entscheidenden Faktoren, der die Schnittkraft beim Fräsen beeinflusst, ist die Geometrie des Werkzeugs. Die Geometrie des Schneidwerkzeugs, wie die Anzahl der Zähne, der Spanwinkel, der Schrägungswinkel und der Freiwinkel, wirkt sich auf die Schnittkraft aus. Zum Beispiel benötigen Werkzeuge mit mehr Zähnen weniger Kraft zum Schneiden, weil die Zähne die Last gleichmäßig verteilen. Außerdem wirkt sich der Spanwinkel auf die erforderliche Schnittkraft aus, da er die Spandicke, die Spanverformung und die Reibung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück beeinflusst. Daher ist die Optimierung der Werkzeuggeometrie von entscheidender Bedeutung, um die Schnittkräfte zu verringern und die Effizienz des Fräsprozesses zu verbessern.

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Maschinen mit hoher Steifigkeit und Dämpfung benötigen weniger Kraft zum Schneiden, da sie die Vibrationen reduzieren und die Stabilität des Schneidprozesses verbessern.

Beeinflussende Faktoren: die Schnittparameter

Die Zerspanungsparameter wie Spindeldrehzahl, Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe wirken sich ebenfalls auf die Zerspankraft aus. Eine Erhöhung der Spindeldrehzahl oder des Vorschubs erhöht die Schnittkraft, während eine Erhöhung der Schnitttiefe die radialen und axialen Kräfte erhöht, aber die tangentiale Kraft verringert. Daher ist die Optimierung der Schnittparameter von entscheidender Bedeutung für die Reduzierung der Schnittkräfte und die Verbesserung der Effizienz des Fräsprozesses.    

Einflussfaktoren: das Material des Werkstücks

Ein weiterer Faktor, der sich auf die Schnittkraft beim Fräsen auswirkt, ist das Material des Werkstücks. Materialien mit hoher Festigkeit und Härte erfordern mehr Kraft zum Schneiden, was zu höheren Schnittkräften führt. Außerdem wirkt sich die Mikrostruktur des Werkstücks, wie Korngröße und Ausrichtung, auf die Schnittkraft aus. So erfordern Werkstoffe mit kleinerer Korngröße aufgrund der höheren Festigkeit und geringeren Plastizität des Materials eine höhere Schneidkraft.

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Einer der entscheidenden Faktoren, der die Schnittkraft beim Fräsen beeinflusst, ist die Geometrie des Werkzeugs.

Beeinflussende Faktoren: Konstruktion von Werkzeugmaschinen 

Auch die Eigenschaften der Werkzeugmaschine, wie Steifigkeit und Dämpfung, wirken sich auf die Schnittkraft aus. Maschinen mit hoher Steifigkeit und Dämpfung benötigen weniger Kraft zum Schneiden, da sie Vibrationen reduzieren und die Stabilität des Schneidprozesses verbessern. Außerdem wirkt sich die Bauweise der Maschine auf die Schnittkraft aus, wobei leichtere und weniger steife Maschinen mehr Kraft zum Schneiden benötigen als schwerere und steifere Maschinen.

Warum sollten die Schnittkräfte und ihre Auswirkungen beim Fräsen berücksichtigt werden?

Zerspankräfte spielen beim Fräsen eine entscheidende Rolle und haben erhebliche Auswirkungen sowohl auf das Werkzeug als auch auf das Werkstück. Daher ist es aus mehreren Gründen wichtig, die Schnittkräfte und ihre Auswirkungen beim Fräsen zu berücksichtigen.

- Werkzeugverschleiß: Übermäßige Schnittkräfte können Werkzeugverschleiß verursachen und die Standzeit der Werkzeuge verringern. Dies kann zu häufigen Werkzeugwechseln, längeren Bearbeitungszeiten und höheren Kosten führen.

- Oberflächenqualität: Die Schnittkräfte können sich auch auf die Oberflächenqualität des Werkstücks auswirken. Hohe Schnittkräfte können zu Rauheit, Wellen und Kerben in der Oberfläche führen, was die Qualität des fertigen Werkstücks beeinträchtigen kann.

- Genauigkeit der Abmessungen: Die Schnittkräfte können auch die Genauigkeit der Werkstückabmessungen beeinträchtigen. Hohe Schnittkräfte können zu einer Verformung des Werkstücks führen, was ungenaue Abmessungen und den Ausschuss von Teilen zur Folge hat.

- Stabilität der Maschine: Hohe Schnittkräfte können auch die Stabilität der Fräsmaschine beeinträchtigen. Durch hohe Zerspanungskräfte verursachte Vibrationen können die Maschinengenauigkeit verringern und das Risiko eines Maschinenbruchs erhöhen.

- Energieverbrauch: Die Schnittkräfte hängen auch mit dem Energieverbrauch des Fräsprozesses zusammen. Hohe Zerspankräfte erfordern einen höheren Energieverbrauch, was die Betriebskosten des Fräsprozesses erhöhen kann.

Die Berücksichtigung der Schnittkräfte und ihrer Auswirkungen beim Fräsen kann zur Optimierung der Bearbeitungsparameter beitragen, um den Werkzeugverschleiß zu verringern, die Oberflächenqualität und die Maßgenauigkeit zu verbessern, die Maschinenstabilität zu erhöhen und den Energieverbrauch zu senken. Dies kann letztendlich zu einer höheren Produktivität, niedrigeren Kosten und höherer Rentabilität führen.    

Online-Plattform Sirris
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