Für einen 4-schneidigen VHM-Schaftfräser mit 12 mm (0.472 in) Durchmesser empfiehlt sich ein Einstieg bei SFM 300–400 in niedrig legiertem Stahl, SFM 800–1.200 in 6061-Aluminium und SFM 100–150 in 304-Edelstahl; die Umrechnung in die Drehzahl erfolgt nach RPM = (SFM × 3.82) / Durchmesser (Zoll), die Spanlast wird mit 0.5–1.0% des Fräserdurchmessers je Schneide festgelegt und der Tischvorschub als Vorschub (IPM) = RPM × Schneidenzahl × Spanlast berechnet. Eine Anpassung der radialen Schnitttiefe (RDOC) kann die Standzeit von VHM-Schaftfräsern gegenüber Vollnut-Schnitten bei gleicher SFM um den Faktor 2–4× verlängern.
Schnellüberblick Schnittwerte
| Problem / Ziel | Maßnahme | Erwartete Wirkung |
|---|---|---|
| Standzeit in Stahl zu kurz | SFM um 10% senken und Spanlast ≥ 0.005 in/Zahn sicherstellen | ~1.5–2× Standzeit (Taylor n≈0.14–0.25 für VHM in Stahl) |
| Rattern bei schlankem Schaftfräser | RDOC auf 10–15% des Fräserdurchmessers reduzieren | Radialkraft sinkt um ~40–60%, Vibration bricht zusammen |
| Wiederschnitt / Aufbauschneide in Aluminium | SFM auf 800–1.000 anheben, ZrN-beschichteten Schaftfräser einsetzen | Aufbauschneide beseitigt; Oberflächengüte Ra um 50–70% verbessert |
| Schlechte Oberfläche im Schlichtschnitt | Spanlast 30–40% unter den Schruppwert senken | Ra ∝ Vorschub² — Halbierung der Spanlast reduziert Ra um ~75% |
| Spindelüberlast in Edelstahl | ADOC (axiale Tiefe) vor der SFM reduzieren | Radiale Schnittkraft sinkt; die Wärmeentwicklung fällt stärker als bei reiner Drehzahlreduktion |
| Werkzeugbruch | RDOC in der Vollnut auf ≤ 50% Durchmesser prüfen, auf 30–40% senken | Spanverdünnung verhindert Überlast; die meisten Brüche beim Fräsen treten beim Eintritt mit voller Breite auf |
Drei Kernparameter im Überblick
Schnittgeschwindigkeit (SFM bzw. Vc), Spanlast (fz) und radialer Eingriff (RDOC) sind die drei unabhängigen Stellgrößen, die das Verhalten eines VHM-Schaftfräsers bestimmen — eine Änderung an einer Größe verschiebt das Gleichgewicht zwischen Standzeit, Oberflächengüte und Zerspanungsleistung. Für die Auswahl von Schneidenzahl, Substrat und Geometrie vor der Festlegung der Parameter siehe den Schaftfräser-Auswahlleitfaden.
Schnittgeschwindigkeit (SFM / Vc)
Surface feet per minute (SFM) bezeichnet die Umfangsgeschwindigkeit der Schneide im Werkstoff. Sie bestimmt die Wärmeentwicklung und ist die dominierende Größe für den Werkzeugverschleiß, da die Härte von VHM oberhalb 700–800°C rasch abnimmt. Die Formel lautet:
SFM = (RPM × D × π) / 12 (D in Zoll)
Bzw. nach RPM für eine vorgegebene SFM umgestellt:
RPM = (SFM × 3.82) / D
In der Taylor-Standzeitgleichung VT^n = C ist SFM die dominierende Variable — sie steuert die Schnitttemperatur, und für VHM in Stahl kann eine SFM-Reduktion um 10% je nach Vorschub und Werkstoffhärte die Standzeit um den Faktor 1.5–2.1× verlängern.
Spanlast (fz)
Die Spanlast beschreibt die Materialdicke, die je Schneide und Umdrehung abgetragen wird, angegeben in Zoll pro Zahn (IPT) oder mm/Zahn. Sie bestimmt Schnittkraft, Drehmoment und Oberflächengüte. Die Umrechnung in den Tischvorschub lautet:
Vorschub (IPM) = RPM × Z × fz
wobei Z die Schneidenzahl ist. Beim Schruppen in Stahl wird die Spanlast typischerweise auf 0.5–1.0% des Fräserdurchmessers gesetzt, beim Schlichten auf 0.3–0.5%. In der theoretischen Rauheitsformel erscheint die Spanlast im Quadrat und bestimmt damit die im Schlichtschnitt erreichbare Ra-Güte unmittelbar: Ra (theoretisch) = fz² / (32 × r), mit r als Eckenradius — der Vorschub dominiert die Oberflächengüte, weil er quadratisch eingeht; eine Halbierung der Spanlast reduziert Ra um etwa 75%.
Radiale Schnitttiefe (RDOC) und Spanverdünnungseffekt
Die radiale Schnitttiefe (RDOC) bestimmt die Bogenlänge, über die jede Schneide im Eingriff steht, und ein Wert unter 50% des Fräserdurchmessers erzeugt einen Spanverdünnungseffekt, der höhere Tischvorschübe ohne Werkzeugüberlast erlaubt.
Sinkt RDOC unter 50% Durchmesser, wird die tatsächliche Spandicke in der Zahnmitte geringer als die programmierte Spanlast. Der Spanverdünnungsfaktor (CTF) lautet:
CTF = √(RDOC / (D/2))
Bei RDOC = 25% Durchmesser ergibt sich CTF ≈ 0.707 — der tatsächliche Span ist 30% dünner als programmiert. Zur Beibehaltung der angestrebten Zerspanungsleistung wird die Spanlast mit 1/CTF ≈ 1.41 multipliziert. Bei RDOC = 10% (High-Efficiency-Milling oder trochoidal) liegt CTF ≈ 0.447, sodass die kompensierte Spanlast 2.24× des Ausgangswerts beträgt — bei gleicher Werkzeugbelastung kann der Tischvorschub also auf den 2.24× höheren Wert angehoben werden.
Startparameter nach Werkstoffgruppe
Die ISO 513-Werkstoffgruppen liefern ein verlässliches Ausgangsraster: P (Stahl), M (Edelstahl), K (Gusseisen), N (Nichteisenmetalle) und S (warmfeste Legierungen) verlangen jeweils eigene SFM-Bereiche und Spanlasten.
P-Gruppe: Kohlenstoff- und Legierungsstahl (<300 BHN)
| Fräserdurchmesser | SFM (Vc) | Spanlast je Schneide | RDOC (Schruppen) |
|---|---|---|---|
| 6 mm (0.25 in) | 275–375 SFM | 0.0015–0.003 in | 40–50% D |
| 12 mm (0.50 in) | 300–400 SFM | 0.003–0.006 in | 40–50% D |
| 19 mm (0.75 in) | 300–425 SFM | 0.004–0.008 in | 35–50% D |
| 25 mm (1.00 in) | 300–425 SFM | 0.005–0.010 in | 35–50% D |
Für 4140-Legierungsstahl (28–32 HRC) ist die Anfangs-SFM gegenüber niedrig legiertem Stahl um 15–25% zu senken. Für gehärteten Stahl (45–55 HRC) empfiehlt sich ein TiAlN-beschichteter Schaftfräser mit Ziel-SFM 120–200 und RDOC 10–15% Durchmesser.
N-Gruppe: Aluminiumlegierungen
Aluminiumlegierungen benötigen die 3–5× so hohe SFM wie Stahl, da die geringe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium eine rasche Spanabfuhr über Geschwindigkeit verlangt — nicht über Kühlmittelmenge. Für 6061-T6 und 7075-T6 startet man bei SFM 800–1.200 mit 2- oder 3-schneidigen Schaftfräsern (für maximalen Spanraum), Spanlast typischerweise 0.005–0.012 in/Zahn (abhängig von Fräserdurchmesser und Maschinensteifigkeit) sowie RDOC 50–75% Durchmesser. ZrN-Beschichtungen sind für Aluminium zu bevorzugen, da ihr niedriger Reibwert (0.35 gegenüber 0.7 bei unbeschichtetem VHM) Aluminium-Anhaftungen und die Bildung einer Aufbauschneide verhindert.
M-Gruppe: Edelstahl (300er-Reihe)
Austenitischer Edelstahl verfestigt sich während der Zerspanung — die Oberflächenhärte steigt in den ersten 0.1 mm Tiefe von ~200 HV auf 350+ HV, sobald das Werkzeug stehenbleibt oder reibt, ohne zu schneiden. Für 304/316-Edelstahl liegt die untere Schwelle der Spanlast bei einem 12 mm-Schaftfräser bei 0.003–0.004 in/Zahn — wird dieser Wert unterschritten, droht Reiben statt Schneiden, was Kaltverfestigung und Schneidkantenverschleiß beschleunigt. SFM 100–150 mit TiAlN-beschichteten 4-schneidigen Schaftfräsern und ein durchgängig konsistenter Vorschubeingriff während der gesamten Schnitte sind angezeigt.
S-Gruppe: Titanlegierungen
Ti-6Al-4V verlangt die zurückhaltendsten Parameter: SFM typischerweise 30–60 m/min (98–197 SFM) nach Branchenerfahrung, Spanlast 0.05–0.10 mm/Zahn (0.002–0.004 in/Zahn) und RDOC 10–30% Durchmesser, wobei Gleichlauffräsen den Produktionsstandard bildet. Hochdruckkühlung (70–140 bar) ist Produktionsstandard, um eine Wärmestauung im Werkzeug zu verhindern, denn die Wärmeleitfähigkeit von Titan beträgt nur ein Zehntel jener von Aluminium — die Wärme konzentriert sich in der Werkzeug-Span-Kontaktzone, statt sich über den Span abzuführen.
Taylor-Gleichung und SFM-Reduktion für längere Standzeit
Die Taylor-Standzeitgleichung VT^n = C beschreibt den Kompromiss zwischen Schnittgeschwindigkeit und Standzeit; für VHM-Schaftfräser in Stahl ergibt eine SFM-Reduktion von 10% je nach Vorschub typischerweise eine um den Faktor 1.5–2.1× verlängerte Standzeit.
Der Exponent n charakterisiert, wie stark die Standzeit auf Geschwindigkeitsänderungen reagiert:
- Weicher Stahl (<300 BHN, kleiner Vorschub): n ≈ 0.14 — 10% Drehzahlrücknahme bringen ~2.1× Standzeit
- Legierungsstahl (>300 BHN, mittlerer Vorschub): n ≈ 0.20–0.25 — 10% Rücknahme bringen ~1.5–1.8× Standzeit
Die Berechnung lautet: T₂/T₁ = (V₁/V₂)^(1/n). Bei V₂ = 0.9 × V₁ (10% Reduktion) und n = 0.14: T₂/T₁ = (1/0.9)^(1/0.14) = 1.111^7.14 ≈ 2.1× Standzeit.
Die Norm ISO 3685:1993 legt die Werkzeugwechsel-Kriterien fest: durchschnittlicher Freiflächenverschleiß VB_B = 0.3 mm für Schlichtoperationen und VB_B max = 0.6 mm für Schruppen. Diese Schwellen sind zur Festlegung gleichmäßiger Werkzeugwechsel-Intervalle zu nutzen, statt bis zum Totalausfall zu fahren, der Grate und Maßabweichungen erzeugt. Der Leitfaden zur Überwachung des Werkzeugverschleißes behandelt Methoden zur Verschleißprüfung und zur Planung des Werkzeugwechsels im Detail.
SFM zunächst niedrig, dann schrittweise anheben
Beim ersten Einsatz eines VHM-Schaftfräsers in einem unbekannten Werkstoff ist mit 75% der empfohlenen SFM zu starten, und nach den ersten 10 Minuten Schnitt der Freiflächenverschleiß zu messen. Liegt VB_B unter 0.1 mm, kann die SFM in Schritten von 10% angehoben werden. Erreicht VB_B in den ersten 10 Minuten 0.2 mm, ist die SFM zu reduzieren und die Spanlast erneut zu prüfen — das Werkzeug ist wärmelimitiert, nicht kraftlimitiert.
Strategien für die radiale Schnitttiefe bei Fräsoperationen
VHM-Schaftfräser, Kugelfräser und Torusfräser verlangen jeweils eigene RDOC-Strategien, da ihre Schneidengeometrie Spanbildung und Wärmeverteilung unterschiedlich beeinflusst.
RDOC beim VHM-Schaftfräser
Bei VHM-Schaftfräsern im Nutfräsen (RDOC = 100% Durchmesser) treten die Schnittkräfte an Werkzeug-Ein- und -Austritt im Maximum auf. Vollnutfräsen bei SFM 350 in Stahl erzeugt pro Zeiteinheit etwa 2× die Wärme eines Schnitts mit 50% RDOC bei gleicher SFM, da beide Schneiden gleichzeitig im Eingriff stehen. Vollnutschnitte sind auf axiale Tiefen von 0.5–1.0× Durchmesser zu begrenzen und mit Schwallkühlung zu fahren. Im Taschenfräsen erlaubt trochoidales Fräsen bei RDOC 10–20% Durchmesser einen 3–5× höheren Tischvorschub gegenüber konventionellem Nutfräsen bei vergleichbarer Werkzeugbelastung.
VHM-Kugelfräser und Restkammhöhe
Bei VHM-Kugelfräsern im 3D-Konturfräsen verringert sich der wirksame Schnittdurchmesser bei geringen axialen Tiefen — die Formel lautet:
D_eff = 2 × √(ap × (D − ap))
wobei ap die axiale Tiefe und D der Kugeldurchmesser ist. Bei ap = 0.5 mm und einem 10 mm-Kugelfräser ergibt sich D_eff ≈ 4.4 mm. Die tatsächliche Spanlast aus der programmierten SFM kann an der Kugelmitte nur 44% des für 10 mm Durchmesser programmierten Werts betragen, sodass die Spindel schneller drehen muss als die nominale Rechnung nahelegt, um die Ziel-SFM in der wirksamen Schnittzone zu halten.
Die Restkammhöhe (h) im Schlichtschnitt mit dem Kugelfräser folgt:
h = ae² / (8r)
mit ae als Zustellung und r als Kugelradius — die Zustellung dominiert die Restkammhöhe, da sie quadratisch eingeht; eine Halbierung der Zustellung reduziert Restkammhöhe (und Ra) um 75% und wirkt im 3D-Konturschnitt stärker auf die Oberflächengüte als eine Halbierung des Vorschubs.
Eckenradius-Vorteil des Torusfräsers
VHM-Torusfräser vertragen im selben Werkstoff 20–40% höhere Spanlasten als vergleichbare Schaftfräser, da der Eckenradius die Schnittkraft über eine größere Bogenlänge verteilt und so die Spitzenbelastung an der Schneide senkt.
Für das Schlichten von Böden und Schultern in Stahl liefert ein Torusfräser mit Eckenradius typischerweise 0.5–1.0 mm (gängige Katalogmaße) bei SFM 350–425 und Spanlast 0.004–0.007 in/Zahn auf den meisten steifen Maschinenaufbauten Ra 0.8–1.6 µm — und das ohne dedizierten Schlichtschnitt. Der Eckenradius verhindert zudem das Mikro-Ausbrechen an scharfen Kanten, das die Standzeit beim Eintauchen oder beim Eingriff in der Tiefe verkürzt.
Vollnut-Schnitte mit langen Schaftfräsern vermeiden
Schaftfräser mit einem Überstand von mehr als 4× Durchmesser werden unter Vollnut-Schnittkräften ausgelenkt — die Durchbiegung skaliert mit L³ (Biegeformel d = FL³/(3EI)), sodass eine Verdoppelung des Überstands von 2D auf 4D die Durchbiegung um den Faktor 8× erhöht. Bei Überstand >3× Durchmesser ist RDOC auf 30–40% Durchmesser zu reduzieren und die axiale Tiefe stattdessen anzuheben; so bleibt die Zerspanungsleistung erhalten, während die Radialkraft um 40–60% sinkt.
Beschichtungswahl und Auswirkung auf die Startparameter
Die passende Beschichtung erlaubt bei einem VHM-Schaftfräser im gleichen Werkstoff typischerweise eine SFM-Steigerung von 20–30% gegenüber unbeschichtetem VHM, wobei der konkrete Zugewinn davon abhängt, ob das dominierende Versagensmuster thermisch oder abrasiv geprägt ist.
TiAlN für Stahl und gehärtete Legierungen
TiAlN-Beschichtungen erreichen eine Härte von 3.000–3.500 HV und halten Oxidationsbeständigkeit bis 800°C, wodurch sie sich als bevorzugte Wahl für VHM-Schaftfräser in der Stahlbearbeitung erweisen — besonders unter halbtrockenen oder trockenen Bedingungen. Für das Trockenfräsen von Stahl und gehärteten Werkstoffen ist TiAlN zu bevorzugen, da seine Oxidationsbeständigkeit bei 800°C eine schützende Al₂O₃-Schicht an der Schneidengrenzfläche ausbildet, die den Kolkverschleiß verlangsamt und SFM 300–425 statt 225–325 bei unbeschichtetem VHM erlaubt. Bei unterbrochenem Schnitt und beim Fräsen von Stahl über 35 HRC bietet eine AlTiN-Variante (höherer Aluminiumanteil) eine bessere Härteerhaltung oberhalb 900°C.
AlTiN für Hochtemperaturanwendungen
AlTiN-Beschichtungen kommen zum Einsatz, wenn die Schnitttemperaturen die Stabilitätsschwelle von TiAlN überschreiten, denn ihr höherer Aluminiumanteil (Al/Ti-Verhältnis ~67:33 gegenüber ~50:50 bei TiAlN) hebt den Beginn der Oxidation auf etwa 900°C an und erweitert den nutzbaren SFM-Bereich in Luftfahrtlegierungen und gehärteten Stählen gegenüber Standard-TiAlN um 15–25%.
ZrN für Aluminium und Kupfer
ZrN-Beschichtungen sind für Aluminium- und Kupferlegierungen zu bevorzugen, da ihr niedriger Reibwert (0.35 gegenüber 0.7 bei unbeschichtetem VHM) und ihre chemische Inertheit gegenüber Aluminium die Bildung einer Aufbauschneide bei SFM 800–1.200 verhindern. Ein unbeschichteter VHM-Schaftfräser zeigt in Aluminium bei SFM 1.000 typischerweise innerhalb von 15–20 Minuten Aufbauschneide; ein ZrN-beschichteter Schaftfräser läuft bei denselben Parametern oft 60–90 Minuten ohne Anhaftung — das entspricht einer 3–5× Verbesserung der nutzbaren Standzeit in der Aluminium-Serienfertigung.
Workflow für die Vorschubberechnung
Eine systematische vierstufige Rechenfolge — SFM-Wahl → RPM → Spanlast → Vorschub — eliminiert die Schätzungen, die zu vorzeitigem Werkzeugausfall oder zu unterdurchschnittlichen Taktzeiten führen.
Schritt 1: SFM aus der Werkstoffgruppe wählen
Ausgangspunkt sind die ISO 513-Gruppe und die Werkstoffhärte; daran schließt die Beschichtungskorrektur an (+20–30% für TiAlN/AlTiN gegenüber unbeschichtet in Stahl). Für neue Operationen ist das untere Ende des SFM-Bereichs zu wählen und nach Validierung der Verschleißraten schrittweise zu erhöhen.
Schritt 2: In RPM umrechnen
RPM = (SFM × 3.82) / D (Zoll), bzw. RPM = (Vc × 1.000) / (π × D) mit Vc in m/min und D in mm.
Beispiel: 12 mm-Schaftfräser, SFM 350 (Vc ≈ 107 m/min): RPM = (350 × 3.82) / 0.472 = 2.834 RPM
Schritt 3: Spanlast festlegen
Als Ausgangswert dienen 0.5–0.8% des Fräserdurchmessers für 4-schneidigen VHM in Stahl. Für einen 12 mm-Schaftfräser: Spanlast = 12 × 0.007 = 0.084 mm/Zahn (0.0033 in/Zahn). Für das Schlichten wird auf 0.3–0.4% Durchmesser reduziert.
Schritt 4: Vorschub berechnen
Vorschub (mm/min) = RPM × Z × fz = 2.834 × 4 × 0.084 = 953 mm/min
Bei RDOC <50% Durchmesser ist die Spanverdünnungskompensation anzuwenden: fz mit 1/CTF multiplizieren. Bei RDOC = 25%: CTF = 0.707, kompensierte fz = 0.084 / 0.707 = 0.119 mm/Zahn. Kompensierter Vorschub = 2.834 × 4 × 0.119 = 1.349 mm/min — eine Steigerung des Tischvorschubs um 42% bei gleicher Spanlast.
Mit der Spindellast überprüfen, nicht nur per Gehör
Nach Einstellung der berechneten Parameter ist der erste Schnitt zu fahren und die Spindellast-Anzeige zu beobachten. Für die meisten VMC gilt: Zielbereich 40–70% Spindellast beim Schruppen. Unter 40% bedeutet Unterauslastung — Spanlast oder RDOC anheben. Über 80% deutet auf Überlastung — SFM oder RDOC reduzieren. Auf das Geräusch allein ist kein Verlass, da Rattern bisweilen schon bei mäßiger Last auftritt, während manche Überlasten nahezu lautlos verlaufen.
Häufige Probleme bei Schnittwerten
Vorzeitiger Freiflächenverschleiß (Schnellverschleiß in <10 min)
Rascher Freiflächenverschleiß in weniger als 10 Minuten Schnittzeit in Stahl deutet typischerweise darauf hin, dass die SFM für die Kombination aus Werkstoffhärte und Beschichtung um 20–30% zu hoch liegt. Prüfen: Ist der Werkstoff härter als angenommen (BHN überprüfen, falls unbekannt)? Passt die Beschichtung zum Werkstoff? SFM um 15–20% senken und erneut testen; sinkt die Verschleißrate um 50% oder mehr, ist die neue SFM als Ausgangswert zu fixieren und für künftige Einrichtungen ins Auftragsblatt zu übernehmen.
Ausbrechen an der Schneide (Mikro-Brüche)
Ausbrechungen an den Schneiden von VHM-Schaftfräsern — abzugrenzen von gleichmäßigem Freiflächenverschleiß — weisen darauf hin, dass die Spanlast die Bruchzähigkeit der Schneide übersteigt oder RDOC am Werkzeugeintritt Stoßlasten erzeugt. Zunächst ist die Spanlast um 20–25% zu reduzieren; setzt sich das Ausbrechen fort, sind RDOC zu verringern und der Eintrittswinkel der Werkzeugbahn zu prüfen. Ein Rampeneintritt mit 3–5° statt eines Senkrechteintritts senkt den Eintrittsstoß bei VHM-Schaftfräsern um etwa 60–70%.
Grate am Werkstück und fehlende Maßhaltigkeit
Grate an Austrittskanten und Maßabweichungen sind typische Anzeichen für einen Werkzeugverschleiß jenseits der Wechsel-Schwelle — Schaftfräser sind zu wechseln, bevor VB_B für Schlichtoperationen 0.3 mm überschreitet (ISO 3685-Kriterium). Verschlissene Schaftfräser werden stärker ausgelenkt als scharfe: Ein um 0.4 mm verschlissener Schaftfräser erzeugt bei gleichen Parametern 30–50% höhere Schnittkräfte als ein neuer und überträgt diesen Unterschied unmittelbar in Maßfehler und Gratbildung. Einen umfassenderen Überblick zur Parameteroptimierung im Schrupp- und Schlichtbereich bietet der Leitfaden zur CNC-Bearbeitungsoptimierung.
Zusammenfassung
Erst SFM, dann Spanlast, dann RDOC prüfen — so bleibt der VHM-Schaftfräser im Lot.
SFM aus Werkstoffgruppe und Beschichtungstyp wählen (300–425 für Stahl mit TiAlN, 800–1.200 für Aluminium mit ZrN, 100–150 für Edelstahl), in RPM umrechnen und anschließend die Spanlast mit 0.5–1.0% des Fräserdurchmessers je Schneide für das Schruppen und 0.3–0.4% für das Schlichten setzen. Bei RDOC unter 50% Durchmesser ist Spanverdünnungskompensation (fz × 1/CTF) anzuwenden, damit die gewünschte Werkzeuglast trotz höheren Tischvorschubs erhalten bleibt. Der Freiflächenverschleiß ist gegen die Schwellen aus ISO 3685 zu prüfen (VB_B 0.3 mm beim Schlichten, 0.6 mm beim Schruppen); bei unzureichender Standzeit ist eine SFM-Reduktion um 10% angezeigt — für VHM in Stahl ergibt diese Maßnahme typischerweise eine um den Faktor 1.5–2.1× verlängerte Standzeit.
Quellen
- Taylor, F.W. (1907). On the art of cutting metals. Transactions of the ASME, 28:31–350
- ISO 3685:1993. Tool-life testing with single-point turning tools. ISO, Geneva
- ISO 513:2004. Classification and application of hard cutting materials for metal removal. ISO, Geneva
- Boothroyd, G. & Knight, W.A. (2006). Fundamentals of Machining and Machine Tools, 3rd ed. CRC Press
- Machinery's Handbook, 31st Edition. Industrial Press, 2020. Milling section pp. 1088–1106
- Sandvik Coromant. Machining Formulas and Definitions.
- Oerlikon Balzers. Balinit Coating Guide: TiAlN, AlTiN, ZrN Properties.
Welche SFM ist für einen VHM-Schaftfräser in 4140-Stahl zu wählen?
Start bei SFM 275–350 für 4140 mit 28–32 HRC mit einem TiAlN-beschichteten 4-schneidigen VHM-Schaftfräser. Das liegt 15–25% unterhalb von Baustahl (SFM 300–400), um der höheren Härte Rechnung zu tragen. Nach den ersten 10 Minuten ist der Freiflächenverschleiß zu prüfen; übersteigt VB_B 0.15 mm, ist die SFM um weitere 10% zu senken und der Test zu wiederholen.
Wie wird die Spanlast für einen VHM-Schaftfräser berechnet?
Spanlast (IPT) = Vorschub (IPM) ÷ (RPM × Schneidenzahl). Soll zuerst die Spanlast gesetzt werden, sind fz = 0.5–1.0% des Fräserdurchmessers für das Schruppen in Stahl anzusetzen — für einen 0.500 in-Schaftfräser ergibt sich ein Zielwert von typischerweise 0.0025–0.005 in/Zahn (abhängig von Werkstoffhärte und Maschinensteifigkeit). Anschließend wird der Vorschub als RPM × Schneidenzahl × fz berechnet.
Was ist Spanverdünnung und wann ist sie zu kompensieren?
Spanverdünnung tritt auf, sobald die radiale Schnitttiefe (RDOC) unter 50% des Fräserdurchmessers fällt, sodass die tatsächliche Spandicke kleiner wird als die programmierte Spanlast. Die Kompensation erfolgt durch Multiplikation der Spanlast mit 1/CTF, wobei CTF = √(RDOC ÷ (D/2)). Bei RDOC = 25% Durchmesser ist die programmierte Spanlast mit 1.41 zu multiplizieren, um dieselbe Werkzeuglast zu halten und Reiben zu vermeiden.
Warum verschleißt ein VHM-Schaftfräser in Edelstahl schneller als in Kohlenstoffstahl?
Austenitischer Edelstahl verfestigt sich während der Zerspanung und hebt die Oberflächenhärte in den ersten 0.1 mm von ~200 HV auf 350+ HV, sobald das Werkzeug reibt. Die Mindest-Spanlast ist bei einem 12 mm-Schaftfräser auf 0.003–0.004 in/Zahn zu halten, damit geschnitten und nicht gerieben wird. SFM 100–150 (niedriger als in Stahl) ist angezeigt, weil Edelstahl aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit mehr Wärme pro Volumeneinheit erzeugt.
Wie stark beeinflusst die Beschichtung die Schnittwerte beim VHM-Schaftfräser?
TiAlN-beschichtete VHM-Schaftfräser erlauben in Stahl typischerweise eine um 20–30% höhere SFM als unbeschichtetes VHM, da die Oxidationsbeständigkeit von TiAlN bis 800°C die Schneide länger hart hält. In Aluminium bietet eine ZrN-Beschichtung eine 3–5× Verbesserung der nutzbaren Standzeit gegenüber unbeschichtet bei gleicher SFM, weil sie die Aufbauschneide verhindert — nicht weil sie höhere Geschwindigkeiten ermöglicht.
