Ermittlungen und Untersuchungen zum Stirnfräsen typischer duro- und thermoplastischer Kunststoffe

Die Herstellung, Be-/Verarbeitung und Anwendung von Kunststoffen ist vor allem für die Bereiche Maschinen- und Fahrzeugbau, Elektrotechnik und Elektronik, Feinmechanik sowie Optik von ständig steigender Bedeutung, wobei hier zunehmend spanende Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmten Schneiden innerhalb von Fertig- und Feinbearbeitungen zum Einsatz kommen. Qualitativ anspruchsvolle sowie wirtschaftlich vorteilhafte und somit betriebspraktisch anwendbare Fertigungsverfahren bedürfen der Verwendung günstiger Prozessbedingungen, Bearbeitungsparameter und -kennwerte, die bisher innerhalb der spanenden Bearbeitung von Kunststoffen nur in unzureichendem Maß verfügbar sind. Dieser Beitrag beinhaltet mit den aus umfangreichen experimentellen Untersuchungen abgeleiteten Beziehungen erste Möglichkeiten zur Vorausbestimmung und Verifizierung von erreichbaren Spanungskräften, Standzeiten, Oberflächenrauheiten sowie Spanarten und -formen bei der Bearbeitung von Kunststoffen. Dazu sind im vorliegenden Manuskript die wesentlichen stofflichen Eigenschaften duro- und thermoplastischer Kunststoffe erläutert und deren Wirkung auf das Spanungsverhalten sowie daraus resultierende Unterschiede zur Metallbearbeitung aufgezeigt. Weiterhin sind zusammenfassende Darstellungen der Ergebnisse beim Drehen bzgl. des Standzeitverhaltens, der Komponenten der Spanungskraft, erreichbarer Oberflächenrauheiten sowie entstehender Spanarten und -formen dokumentiert. Ergänzend dazu konnten erste Erkenntnisse der Spanbildungsvorgänge beim Spanen von Kunststoffen ermittelt werden. Innerhalb der Untersuchungen zur Wirkung typischer Einflussgrößen auf die Spanbarkeit beim Spanen mit mehrschneidigen Werkzeugen mit geometrisch bestimmten Schneiden (Stirnfräsen) wurde das Standzeitverhalten in Abhängigkeit der Schnittgeschwindigkeit vc, dem Vorschub fz, der Schnitttiefe ap, den Verhältnissen Zähnezahl z und Arbeitseingriff ae zum Werkzeugdurchmesser sowie die Standzeitgleichung nach Taylor für die Kunststoffe PMMA, ABS und HP 2061 bestimmt. Neben dem Einfluss von Kühl-, Schmier-, Spülmittel erfolgte die Bestimmung der Abhängigkeit der Standzeit von den Schneidstoffen HM-K10 und PKD. Wie beim Drehen sind auch für das Stirnfräsen erreichbare Oberflächenrauheiten sowie entstehende Spanarten und -formen im Beitrag beinhaltet. Zur betriebspraktischen Anwendung sind die ermittelten Ergebnisse in Form allgemein geltender Richtwerte und Empfehlungen für die Schnittkraft Fc sowie die Standzeit T in tabellarischer Form zusammengefasst.