Reliable Machining of Structural Parts Susceptible to Vibration

“It is important for our customers to machine these parts in one clamping set-up if possible”, emphasises Leander Bolz, Sales Manager of PCD tools at MAPAL. “In order to meet this requirement and to make all areas to be machined accessible for the tools as far as possible, reductions in the clamping set-up must be made. This means that the workpiece is not optimally supported and tends to vibrate”. Thin ribs, voids and interruptions to be machined as well as strongly fluctuating stock removal of the cast blank are also special conditions. In addition, a large number of tools are required for large parts with many machining operations. Leander Bolz: “Wherever possible, we therefore try to combine individual machining steps with combination tools. In this way, we reduce non-productive times and the number of tool stations required.”

MAPAL has a comprehensive understanding of the process with regard to the machining of unstable structural parts and is thus in a position to implement economical and reliable processes. Several starting points are of importance here. First of all, the cutting values can be finely adjusted so that rising vibrations can be avoided. Oscillations of the tool, which lead to vibrations and thus to poor tool lives and machining results, as well as oscillations of the workpiece must be avoided. The latter would cause the component to spring back against the cutting edge and could damage the tool. The second important aspect for fine tuning in the process design is the consideration of the basic tool body. Vibration is reduced by appropriate design and material selection. In addition, an intelligent arrangement of the cutting edges in shape and position keeps the cutting forces low. And finally, the machining process itself also offers possibilities for the reliable machining of vibration-prone components. Rethinking and choosing alternative sub-processes results in a changed distribution of forces that can increase process reliability. For example, the replacement of a solid drilling operation by a circular milling operation can stabilise the process.

„Wir haben beispielsweise einen Zirkularfräser zum Plan- und Umfangsfräsen bei der Bearbeitung eines Fahrwerkbauteils eingesetzt, da wir dort stark mit Vibrationen zu kämpfen hatten“, erläutert Leander Bolz ein Beispiel eines erfolgreich adaptierten Werkzeugs für Strukturbauteile. Dazu haben die Experten des Werkzeugherstellers einen reduzierten Helixwinkel und eine geringe Zähnezahl für das Umfangsfräsen (Z=3) eingesetzt. Dadurch sind die Zerspankräfte reduziert und die Vibrationen beherrschbar. Die anschließende, besonders verschleißanfällige Planfrässtufe des Werkzeugs führt MAPAL konsequenterweise mit wirtschaftlichen ISO-Wendeschneidplatten aus. So können Kunden bei einer Eingriffsbreite von 6 mm und einer Schnitttiefe von 60 mm mit maximalen Schnittwerten fahren. Zusätzlich hat das Werkzeug eine Stirngeometrie mit Z=6 erhalten, um eine weitere Planfräs­operation auf dem Bauteil wirtschaftlich und in kurzer Taktzeit zu bearbeiten.

Schnittwerte:  

• vf = 2.700 mm/min 
• fz = 0,1 mm 
• n = 9.900 min-1
   

Ebenfalls bei der Bearbeitung eines Fahrwerkbauteils kommt ein angepasster Tauchfräser zum Einsatz. Das Werkzeug taucht halbschalig an einer Lasche ein und schneidet mit zunehmender Tiefe bis über das Zentrum. Eine optimierte Frontgeometrie und Spannutausführung, eine lastreduzierte Schneidenanordnung sowie die Integration von Schwingungsdämpfern in das eingesetzte Spannzeug halten die auftretenden Vibrationen gering und ermöglichen einen sicheren Prozess.

Schnittwerte:  

• vf = 1.200 mm/min 
• fz = 0,1 mm 
• n = 4.500 min-1
   

Ein Scheibenfräsersatz nutet simultan mehrere Stege und Kammern und bearbeitet die Planflächen fertig. Um den Fräsprozess ruhig zu halten und ein Verklemmen der Späne zu verhindern, haben die Werkzeugentwickler den Schneideneingriff speziell abgestimmt und eine Schnittaufteilung realisiert. Das Werkzeug bearbeitet sicher alle Bereiche in einer Zustellung, was aufgrund der Forderung nach hohen Taktzahlen von großer Bedeutung ist.

Schnittwerte:  

• vf = 600 mm/min 
• fz = 0,07 mm 
• n = 1.500 min-1
   

Ein besonders interessantes Werkzeug, das ein Kunde für das robotergestützte Einbringen von Befestigungsbohrungen einsetzt, nennt Bolz als letztes Beispiel: „Hier handelt es sich in mehrerlei Hinsicht um ein Kombinationswerkzeug. Wir haben hier fest gelötete PKD-Schneiden für lange Standzeiten und für die stark verschleißanfällige Bearbeitung auswechselbare ISO-Wendeschneidplatten untergebracht. Darüber hinaus kombiniert das Werkzeug die Vor- und Fertigbearbeitung. Und führt sowohl eine Bohr- als auch eine Fräsoperation durch.“

Schnittwerte Fräsen: 

• fz = 0,1 mm 
• n = 3.800 min-1

Schnittwerte Bohren: 

• fz = 0,08 mm 
• n = 480 min-1​​​​​​​

In unterschiedlichen Branchen müssen Kunden schwingungsanfällige, labile Bauteile prozesssicher bearbeiten. Dabei spielt das Beherrschen der konstruktionsbedingt auftretenden Vibrationen die wesentliche Rolle bei der Auslegung von Prozess und Werkzeugen. MAPAL ist in diesem Bereich ein erfahrener Technologiepartner, der durch eine Vielzahl an Stellschrauben bei der Prozessdefinition und -auslegung für sichere Prozesse sorgt.