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InformationenWertigkeit von WerkzeugenQualitätswerkzeuge sind technisch anspruchsvoll. Der Unterschied zu vermeintlich preiswerten „no names” zeigt sich spätestens im Detail. Die Qualität des Materials, die Technik und die Verarbeitung entscheiden darüber, ob man auch nach längerem Gebrauch qualitativ hochwertige Ergebnisse mit diesen Werkzeugen erzielen kann. Die folgenden Informationen zeigen die Kriterien von Qualitätswerkzeugen auf. Jeder Fertigungsprozess den ein Qualitätswerkzeug auf dem Weg vom Ausgangsmaterial zum fertigen Werkzeug durchläuft ist von einer durchgängigen Qualitätskontrolle begleitet, um sicherzustellen, dass aus einzelnen Rohmaterialien ein Präzisionswerkzeug entsteht, das höchste Ansprüche an Produktivität und Qualität erfüllt. Wer sich bei der Kaufentscheidung allein vom Preis leiten lässt, zahlt am Ende immer drauf. Werkzeugkosten machen zwischen ein und drei Prozent der Gesamtkosten einer Maschineninvestition aus. Das Werkzeug hat aber einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität des zu produzierenden Werkstücks. Da liegt die Entscheidung für ein qualitativ hochwertiges Werkzeug auf der Hand. Die Informationen auf dieser Seite sind im Wesentlichen dem Ratgeber „Wertigkeit von Werkzeugen” des Fachverbands Holzbearbeitungsmaschinen im VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V.) gekürzt entnommen. Hier erhalten Sie den kompletten Ratgeber „Wertigkeit von Werkzeugen” in drei Teilen zum Download:
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QualitätskreissägeblätterDer Grundkörper besteht aus ebenem legiertem Werkzeugstahl hoher Güteklasse. Stabilität und gleichzeitige Elastizität dürfen auch bei einer Erwärmung während des Einsatzes nicht verloren gehen. Die Qualitätskriterien müssen bereits während des gesamten Fertigungsprozesses des Grundkörpers gezielt kontrolliert und eingehalten werden. Die Lötverbindung zwischen Schneidenwerkstoff und Grundkörper muss präzise überwacht ausgeführt sein. Denn das Lot muss zwei bedeutende Eigenschaften vereinen: Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Grundkörper und Schneidenwerkstoff sowie die Elastizität zwischen hartem Schneidenmaterial und weicherem Grundkörper herstellen. Das Schneidenmaterial bestimmt maßhaltig die Oberfläche des Werkstücks. PKD (Polykristalliner Diamant) erreicht im Vergleich zu Hartmetall einen bis zu 80-mal höheren Standweg. Maßgebend für diese langen Standwege ist vor allem auch die höchste Qualität des Grundkörpers. Das Schwingungsverhalten des Grundkörpers muss so optimal eingestellt sein, dass Eigenschwingungen des Sägeblatts keinen unnötigen Verschleiß der Schneiden verursachen. Für das Spannen und Richten ist relativ viel Handarbeit notwendig. Jahrzehntelange Erfahrungen und empirisch Ermittlungen beinhalten den Umgang mit Lage und Anzahl der Walzkreise, welche mit Rollwalzmaschinen in den Grundkörper eingewalzt werden. Wuchtgüte und Rundlaufgenauigkeit haben direkten Einfluss auf die Schnittqualität. Das Auswuchten und die Einhaltung einer engen Bohrungstoleranz garantieren die werksseitige hohe Wuchtgüte im täglichen Einsatz und das kommt somit auch der Maschine zugute. Für die Schnittqualität ist die Zahngeometrie und die Geometrie der Zahnzwischenräume sowie der idealisiert schwingungsfreie Lauf des Werkzeugs hauptverantwortlich. Ein schwingungsgedämpftes Verhalten wird durch die Geometrie des Stammblatts und der Dehnungsschlitze inklusive Zahnteilung beeinflusst. Haupteinflussfaktor für längere Standzeiten und Standwege sind möglichst harte Schneidenwerkstoffe. Neben Materialeigenschaften und Stammblattauslegung sind Zahngeometrie, Zahnform und aufgebrachter Schliff für Standzeit und Schnittqualität mit entscheidend. |
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QualitätsschaftwerkzeugeHochwertige Schaftwerkzeuge weisen präzisionsgeschliffene Schäfte der sehr engen Toleranz g7 (typisch g6) auf. Eine hohe Einspannzentrizität und damit ein ruhiger Lauf schonen die Schneide und das Spindellager. Das Schaftwerkzeug soll ein homogenes Fräsbild zeigen, die Spanräume riefenfrei glatt gefräst und die Plattensitze für die Wende- bzw. Wechselplatten sowie die Werkzeugkanten gratfrei sein. Denn ein glattes, fein gefrästes oder geschliffenes Schaftwerkzeug mit kerbfreien Übergängen steht für eine höhere Sicherheitsreserve. Eine einwandfreie Lötung hat keine schwarzen Fehlstellen, da die Lötverbindung sonst nicht die Festigkeit aufweist, welche ein hochwertiges Werkzeug auszeichnet. Die Fertigungspräzision sichert eine hohe Wiederholgenauigkeit und Profiltreue beim Wechseln der HW-Schneidplatten und ist eine Voraussetzung für hohe Montagegenauigkeit und gute Konturtreue des Schaftwerkzeugs zur Erzielung des geforderten Fräsbilds. Hohe Tragkörperstabilität und damit Sicherheit, Steifigkeit, Produktivität und Wirtschaftlichkeit wird maßgeblich durch die Werkzeugkonstruktion und die Werkzeugwerkstoffe bestimmt. Hersteller von hochwertigen Präzisionswerkzeugen setzen bei hohen Beanspruchungen als Werkstoff teure Sinterwerkstoffe wie Schwermetall bzw. Hartmetall ein. Diese zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit und gute Dämpfungseigenschaften aus. Zur Verhinderung des Bruchversagens werden in den Konstruktionsabteilungen der führenden Werkzeughersteller Festigkeitsberechnungen durchgeführt und die Qualitätswerkzeuge nach DIN EN 847-1 und 2 konstruiert und gefertigt. Schaftkennzeichnungen geben mindestens Auskunft über Hersteller, Höchstdrehzahl und MAN oder MEC für die Vorschubart. Weiterhin müssen die Schneidteile der Wende- oder Wechselplatte ordnungsgemäß beschriftet sein. Die Hersteller von Qualitäts-Schaftwerkzeugen haben konstruktive Lösungen erarbeitet, um eine sichere Spanntechnik, eine gute Späneabfuhr und eine hohe Werkzeugstabilität zu vereinen. Insbesondere kleine Fräserdurchmesser erfordern klein dimensionierte Wende- oder Wechselplatten und spezielle Spanntechniken. Spezifische Konstruktionen zur Freistellung der Schneiden und des Tragkörpers sind ein Qualitätsmerkmal gegen Anlaufen der Freiflächen, Aufbauschneidenbildung und Brennen. Qualitäts-Schaftwerkzeuge sind sorgfältig ausgewuchtet. Unzureichende Wuchtgüten merkt man im Leerlauf, wenn die Spindel mehr Geräusche von sich gibt als ohne Werkzeugbestückung oder der Spindelkopf stärker schwingt. |
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QualitätsfräswerkzeugeFräser sind einteilige Werkzeuge, bei denen Schneiden und Grundkörper aus demselben Werkstoff bestehen (sog. Massivfräser) oder Verbundwerkzeuge, bei denen die Schneiden mit dem Grundkörper unlösbar z. B. durch Hartlot verbunden sind. Bei letzteren kommen als Schneidstoffe PKD, Hartmetall oder HSS zum Einsatz, in geringerem Umfang auch Stellite. Massivfräser sind in der Regel aus hochlegiertem Werkzeugstahl gefertigt. Dadurch, dass die Schneiden durch das Lot gehalten werden und kein Spannmechanismus erforderlich ist, ergeben sich große Gestaltungsmöglichkeiten für den Grundkörper um die Schneide herum. Damit lassen sich bestimmte Eigenschaften positiv einstellen. Werkzeuggrundkörper in Rundform senken prinzipiell das Leerlaufgeräusch. Die Größe, Form und Oberfläche der Spanräume entscheidet über Späneerfassung, Leistungsaufnahme, Fräsqualität und Lärmentwicklung. Weite Spanraumöffnungen sind prinzipiell laut. Flache, enge Spanräume führen zu Mehrfachzerspanung und hohen Vorschubkräften. Eine raue Oberfläche im Spanraum begünstigt das Anhaften von Spänen bis hin zum völligen Verstopfen. Schmale, aber tiefe Spanräume sind leiser und befördern zudem die Späne besser aus der Bearbeitungszone, was der Späneerfassung und der Bearbeitungsqualität dienlich ist. Die Präzision von Bohrung und Nabe ist eine wesentliche Voraussetzung für die Rund- und Planlaufgenauigkeit der Schneiden und damit für die Fräserqualität. Geschliffene Funktionsflächen erreichen eine höhere Genauigkeit als gedrehte. Die Bohrungstoleranz entscheidet außerdem über die maximale Exzentrizität, mit der das Werkzeug auf der Welle sitzt und damit auch über die Wuchtgüte im Betriebszustand. Bohrungen sollten deshalb mindestens mit der Toleranz h7 gefertigt sein. Für die Wuchtgüte eines Werkzeugs schreibt die Norm eine Mindestwuchtgüte von G16 vor. Zur Vermeidung des Ratterns und Brummens werden Qualitätswerkzeuge mit der nächst höheren Wuchtgüte G6,3 oder noch feiner ausgewuchtet. Qualitätswerkzeuge erkennt man an Wuchtbohrungen oder angeschliffenen Flächen, denn trotz computergestützter Konstruktion müssen die Fertigungstoleranzen am fertigen Werkzeug aufwendig ausgeglichen werden. Bei bestückten Fräsern ist die Lötfuge zwischen Schneidplatte und Grundkörper gleichmäßig parallel und ohne Poren, Löcher oder herausquellendes Lot. Große Lötflächen können zum Ausgleich von Spannungen auch als sog. Sandwich-Lötung mit einer Kupferzwischenlage ausgeführt sein. Poren und Löcher mindern die Festigkeit, herausquellendes Lot begünstigt die Verharzung und ein keilförmiger Lotspalt bewirkt Winkel- und Teilungsfehler der Schneiden und führt schließlich zu einem Rundlauffehler am Werkzeug. Die Schneidkante entsteht am Schnittbereich von Freiflächen- und Spanflächenschliff. Möglichst glatte Flächen verbessern den Spanfluss und vermindern Anhaftungen und Reibung. Die Schärfe ergibt sich aus der Prozessführung beim Schleifprozess in z. B. Zustellung, Schleifdruck und Ausfeuern. Durch Beschichtung der Schneiden mit einer Hartstoffschicht ergänzen sich die beiden gegenläufigen Eigenschaften Härte und Zähigkeit. |
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QualitätsspannsystemeEin Spannsystem, sowohl für Schaft- als auch für Bohrungswerkzeuge, ist ein Verbindungselement zwischen Werkzeug und Spindel. Aufgabe während des Einsatzes ist die Drehmomentübertragung und Aufnahme der auftretenden Längs- und Querkräfte. Das Spannmittel muss fluchtgenau gefertigt sein und sollte ein möglichst geringes Gewicht und keine Eigenunwucht besitzen. Nur ein normkonform hergestelltes hochwertiges Spannmittel bietet Qualität und Sicherheit. Beim Einsatz hochgenau gefertigter Spannmittel ist Sauberkeit das oberste Gebot. Verunreinigung der Funktionsflächen führt zu Ungenauigkeiten, die sich in ihrer Gesamtheit addieren und erhebliche Rundlauffehler nach sich ziehen können. Im schlimmsten Fall können die damit einhergehenden Vibrationen sogar zum Lösen unzureichend angezogener Spannmuttern führen. Beim Anziehen der Spannmutter werden die einzelnen Funktionsflächen auf Reibung beansprucht. Somit unterliegen Spannzangenaufnahmen einem natürlichen Verschleiß, der durch Handhabungsfehler noch verstärkt werden kann. Alle bekannten Hersteller geben daher insbesondere aus Sicherheitsgründen die Empfehlung, die Spannzange selbst jährlich auszutauschen, um konstante Einspannverhältnisse zu gewährleisten. Bearbeitungsdrehzahlen über n = 20.000 1/min stellen höhere Anforderungen an die Rundlaufgenauigkeit. Hier kommen Hydrodehn-, Schrumpf- oder herstellerspezifische Futter zum Einsatz. Aufgrund der geringeren Dehnrate dieser Futter ist es zwingend erforderlich, Werkzeuge mit präzisionsgeschliffenen Schäften einzusetzen. Die Schafttoleranz sollte hierfür mindestens g7, besser noch g6 betragen. Hochwertige Hydrodehnspannfutter weisen grundsätzlich zwei Spannzonen auf, um ein Taumeln des Schafts zu verhindern. Generell gilt, dass aus Sicherheitsgründen nur auf Produkte bekannter Hersteller zurückgegriffen werden sollte. Die Werkzeugslebensdauer, die erzielbare Werkstückqualität, aber auch die Arbeitssicherheit werden von Spannsystemen entscheidend beeinflusst. Es wird hier ausdrücklich betont, dass der Kauf von Spannsystemen Vertrauenssache ist. Der Endanwender hat auf Grund der Komplexität der Materie kaum die Möglichkeit die Qualität im eigenen Haus zu überprüfen. Auch gilt es, sich gezielt beraten zu lassen, um für die jeweilige Anwendung das optimale Spannsystem auszuwählen. Dieter Burghardt |
