Das Metallfräsen ist eine Form der Formgebung verschiedener Legierungen mit Hilfe von Bearbeitungswerkzeugen. Sie kann sowohl mit Handwerkzeugen, Elektrowerkzeugen als auch mit Spezialmaschinen (Fräsmaschinen, Drehbänke, auch numerisch gesteuert, d. h. CNC) durchgeführt werden.
Ziel der Metallbearbeitung ist es, einen Gegenstand oder ein Teil mit bestimmten Abmessungen, Formen und Eigenschaften herzustellen. Es ist offensichtlich, dass das Fräsen von Metall, insbesondere von industriell genutzten Legierungen, schwieriger ist und spezielle Werkzeuge und Werkzeugmaschinen erfordert. Es handelt sich jedoch um ein Verfahren, das seit Jahrhunderten bekannt ist, und die damit hergestellten Gegenstände sind ein wesentlicher Bestandteil vieler Maschinen und haben dazu beigetragen, die Entwicklung in vielen Bereichen der Industrie und Technik zu beschleunigen.
Metallfräsen - was ist das eigentlich?
Beim Metallfräsen wird ein Block aus einer Legierung so bearbeitet, dass die gewünschte Form des Bauteils entsteht. Es ist eines der Bearbeitungsverfahren, bei dem der Fräser, der auf einer sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Spindel sitzt, die kleinen Teile des Blocks entfernt (sie in Späne verwandelt) und dem Objekt die endgültige Form gibt.
Es ist erwähnenswert, dass das Fräsen als Spanbearbeitung eingestuft wird, d. h. als Bearbeitung, bei der Späne entstehen, wobei der Schneidkopf eine bestimmte Geometrie und Anzahl von Messern hat.
Das Metallfräsen selbst kann in mehreren Ebenen durchgeführt werden, was die Herstellung von Objekten mit komplexen Formen und großen Abmessungen ermöglicht.
Dies ermöglicht die Herstellung vieler Arten von Teilen mit Fräsmaschinen, die mit anderen Zerspanungsmaschinen (z. B. Drehbänken) oft auch möglich sind.
Das Fräsen bietet jedoch eine größere Freiheit als andere Methoden der Metallbearbeitung und ermöglicht darüber hinaus - insbesondere in Verbindung mit der numerischen Steuerung der Maschine - eine hohe Wiederholgenauigkeit und geringe Toleranzen der hergestellten Teile. Das CNC Metallfräsen ermöglicht eine höhere Produktionsgeschwindigkeit und Präzision, was sich in niedrigeren Kosten für die Herstellung einer größeren Anzahl von Teilen niederschlägt.
Das klassische Fräsen von Legierungen ohne das Element der numerischen Steuerung ist jedoch nach wie vor für die Herstellung einzelner Teile geeignet.
Die Bearbeitung von Metall durch Zerspanung erfordert immer:
- Auswahl des richtigen Fräsers für das zu bearbeitende Metall,
- Auswahl der geeigneten Schnittgeschwindigkeit je nach Art des Metalls und der Phase der Bearbeitung,
- Aufteilung des Fräsprozesses des Metalls in Stufen (Schruppen, Mittelfein, Fein und Schlichten) und Anpassung der geeigneten Schnittgeschwindigkeit, Kinematik und Bearbeitungstechnik an jede Stufe.
Bei der Bestellung von CNC Metallfräsdienstleistungen sind lediglich Angaben über das zu erwartende Produkt und seine physikalischen Eigenschaften erforderlich. Ein professionelles Team von Mitarbeitern kümmert sich um die Auswahl der besten Technik für das Zerspanen von Metallteilen, um die höchste Qualität der Teile entsprechend den Erwartungen des Kunden zu erreichen.
Arten des Fräsens und der Metallbearbeitung
Der Prozess der Metallbearbeitung durch Zerspanen kann nach kinematischen (Kopfbewegung) und bautechnischen (zu bearbeitende Flächen) Kriterien unterteilt werden.
Das Fräsen von Metall und anderen Werkstoffen mit Fräsgeräten lässt sich aus kinetischen Gründen in folgende Bereiche unterteilen:
- Gegenläufiges Fräsen - die Drehrichtung des Fräsers ist entgegengesetzt zur Bewegung der Spindel auf dem zu bearbeitenden Werkstück. Diese Form der Bearbeitung eignet sich gut zum Schruppen, da sie die Vibrationen reduziert und die Arbeit beschleunigt, allerdings auf Kosten der Qualität der bearbeiteten Oberfläche,
- Gleichlauffräsen - die Drehrichtung des Fräsers stimmt mit der Bewegungsrichtung der Spindel auf dem zu bearbeitenden Werkstück überein. Sie wird vor allem wegen ihrer höheren Präzision und besseren Oberflächenqualität für die Endbearbeitung eingesetzt. Der Nachteil dieser Art der Bearbeitung ist die wesentlich höhere Vibration, die auf die Fräsmaschine (sowohl CNC als auch konventionell) einwirkt.
Das Metallfräsen selbst kann auch nach technologischen Aspekten unterteilt werden, die sich auf das Zerspanen von Legierungen und anderen Materialien beziehen. Die technologische Klassifizierung des Fräsens aufgrund der Art und Weise, wie überflüssiges Material aus dem Block entfernt wird, ist:)
- Stirnfräsen - die Schneidflächen des Fräsers befinden sich auf der Stirnseite und dem zylindrischen Teil, aber der Hauptteil der Bearbeitung erfolgt auf der Stirnseite des Fräsers, und es ist dieser Teil, der mit dem Arbeitsmaterial in Kontakt kommt
- Spiralfräsen - die Schneidflächen des Fräsers (Klingen) liegen auf der zylindrischen Fläche des Fräsers, und diese Fläche kommt mit dem Werkstück in Kontakt,
- Winkelfräsen - es werden spezielle Winkelfräser verwendet (die Schneiden sind über die gesamte Schnittfläche verteilt), die während der Bearbeitung einen Winkel von 0 bis 90 Grad mit der Oberfläche bilden.
Schlüsselparameter verschiedener Zerspanungsmethoden
Die Metallzerspanung, ob konventionell oder mit CNC Fräsmaschinen, erfordert unterschiedliche Arbeitsparameter. Dies hängt sowohl von der Bearbeitungsstufe (Schruppen, mittelfein, Schlichten) als auch von dem zu bearbeitenden Material ab.
Verschiedene Metalllegierungen können je nach ihren physikalischen Eigenschaften, die sich auf die Zerspanbarkeit auswirken, mit verschiedenen Arten von Fräsern und mit unterschiedlichen Techniken bearbeitet werden.
Die wichtigsten Fräsparameter für Metall und andere Werkstoffe, die während des Bearbeitungsprozesses eingestellt werden, sind:
- Schnitttiefe - bestimmt die Tiefe, bis zu der der Fräser während eines einzigen Durchgangs eintaucht,
- Schnittbreite - dies ist der Abstand zwischen den bearbeiteten und den zu bearbeitenden Flächen in aufeinanderfolgenden Durchgängen, d.h. die "Überlappung" der aufeinanderfolgenden Bereiche des abgetragenen Materials,
- Schnittgeschwindigkeit - ein sehr wichtiger Parameter, der angibt, wie schnell das Fräsen durchgeführt wird. Ein wichtiges Element ist die Geschwindigkeit der Schneidevorrichtung, die von der Art des zu schneidenden Metalls, der verwendeten Schneidevorrichtung oder den bei der Bearbeitung zugelassenen Vibrationen abhängt
- die Vorschubgeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit, mit der sich das Werkzeug (Fräser) über die Oberfläche des Werkstücks bewegt. Wichtig ist, dass das bewegliche Element der Fräsmaschine entweder die Spindel sein kann, die den Fräser antreibt (das Werkstück bleibt auf dem Tisch der Fräsmaschine liegen), oder das Werkstück (Spindel und Fräser sind stationär).
Jeder dieser Parameter sollte so gewählt werden, dass die Fähigkeiten der CNC-Werkzeugmaschine sowie die verwendeten Fräser optimiert werden.
Richtig gewählte Parameter für das Fräsen von Metall, Holz oder anderen Materialien führen zu einer längeren Lebensdauer der Fräsmaschine und der Fräser sowie zu einer höheren Qualität des Werkstücks.
Traditionelle und numerische Zerspanung - was es mit dem CNC Fräsen auf sich hat?
Das traditionelle Metallfräsen, d.h. das Fräsen mit manuellen oder maschinell unterstützten Fräsmaschinen, begleitet die Industrie seit vielen Jahrzehnten. Im Laufe der Jahre wurden mit ihr sowohl einfache als auch komplexe Teile aus Metall, Holz, Kunststoff und vielen anderen Materialien hergestellt.
Sie bietet eine hohe Effizienz und Präzision (vor allem, wenn sie nach den Regeln der Kunst durchgeführt wird), aber der große Nachteil dieser Art der Bearbeitung ist ihr Zeit- und Arbeitsaufwand. Dies macht sie ideal für die Herstellung einer kleinen Anzahl von identischen Werkstücken (meistens: Einzelstücke), die eine hohe Präzision ermöglichen, aber auf Kosten einer viel geringeren Produktivität und der Notwendigkeit, jede Bewegung der Schneidspindel manuell zu steuern.
Eine wesentliche Veränderung in der Fräsbearbeitung brachte das Aufkommen der numerischen Computersteuerung (CNC: Computer Numerical Control) in den 1950er Jahren - sie ermöglichte es, die Herstellung komplexer Teile durch Zerspanung erheblich zu beschleunigen. Diese Geschwindigkeit bedeutet sowohl eine Verkürzung der für die Bearbeitung eines Teils erforderlichen Zeit als auch eine Verringerung der Notwendigkeit, die Maschine manuell zu bedienen.
Der Nachteil des numerischen Fräsens ist die Zeit, die erforderlich ist, um alle Bewegungen des Fräskopfes in räumlicher Form in einer speziellen CNC-Software zu programmieren.
Aus diesem Grund eignet sich die numerische Frästechnik gut für die Herstellung größerer Stückzahlen - in der Regel ab 100 Stück aufwärts. Für kleinere Stückzahlen wird oft das klassische Fräsen von Metall und anderen Materialien - gewählt.
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