In diesem Artikel wird das Wort „Ende“ für alle CNC-Fräser-Schneidflächen verwendet. In der Branche werden verschiedene Arten von Enden als Enden, Bits, Schaftfräser, Fräser oder Bohrer bezeichnet (um nur einige zu nennen). Einige dieser Namen sind für bestimmte Enden besser geeignet, aber der Übersichtlichkeit halber werden in diesem Artikel alle zusammen als „Enden“ bezeichnet.
Bei der Auswahl der Materialien für die Bearbeitung mit einer CNC-Fräse müssen Faktoren berücksichtigt werden, die über das gewünschte Endteil hinausgehen. Die Fräse beeinflusst verschiedene Materialien auf unterschiedliche Weise, je nach verwendetem Ende und Maschineneinstellungen. Die Fräse selbst, insbesondere das verwendete Ende, wird vom Material beeinflusst. Es ist wichtig, die verfügbaren Materialoptionen zu verstehen und Vorhersagen aus dem Verhalten bekannter Materialien treffen zu können, wenn man sich für die Arbeit mit einem nicht standardmäßigen Material entscheidet.
Wald
Es gibt viele Holzarten, die mit einer CNC-Fräse bearbeitet werden können, und die Variabilität ihrer Eigenschaften sollte nicht unterschätzt werden. Sie unterscheiden sich unter anderem in Härte, Zähigkeit, Steifheit und Dichte. Alles Holz ist jedoch ein Verbundstoff aus den natürlichen Polymeren Zellulose und Lignin mit einem gewissen Anteil an Saft oder Harz.
Es ist wichtig zu bedenken, dass sich die Eigenschaften mit dem Feuchtigkeitsgehalt des Holzes ändern. Im Allgemeinen macht Feuchtigkeit Holz weicher, flexibler, dichter und klebriger. Mit Oberfräsen verwendete Hölzer sollten immer in einer trockenen Umgebung gelagert und im trockenen Zustand geschnitten werden.
Es überrascht nicht, dass sich Hölzer aller Art ideal für die Verwendung in einer CNC-Fräse eignen. Holz hat im Vergleich zu normalen Fräserenden aus Stahl eine geringe Härte, sodass die Maschine kaum abgenutzt wird. Holz hat außerdem eine sehr geringe Duktilität, sodass das entfernte Holz in kleine Späne zerbricht, die leicht aus dem Arbeitsbereich geworfen oder abgesaugt werden können, sodass die Enden relativ kühl bleiben.
Holzarten
• Weichhölzer: Kiefer, Zeder, Tanne.
• Harthölzer: Eiche, Ahorn, Kirsche, Walnuss.
• Holzwerkstoffe: Sperrholz, MDF (mitteldichte Faserplatte), Spanplatte.
Anmerkungen: Bei dichteren oder härteren Hölzern müssen die Bediener damit rechnen, dass der Materialabtrag entsprechend reduziert werden muss.
Verbundlaminate und Sperrholz
Beim Schneiden eines Materials mit einer beliebigen Methode sollte man zunächst den Versagensmechanismus des Materials berücksichtigen. Bei laminierten Verbundwerkstoffen (z. B. Kohlefaserverbundwerkstoffen, einigen Glasfasern und Sperrholz) ist der Versagensmechanismus, auf den man achten muss, die Delaminierung der Schichten. Dies kann an jeder Kante eines Materials getestet werden, indem man versucht, die Kante aufzuhebeln und das Verhalten des entstandenen Risses beobachtet:
1. Risse breiten sich immer auf dem kürzesten Weg zur Oberfläche aus – Querversagen.
2. Riss breitet sich in die Blechebene aus – Versagen durch Delamination.
Bei Material, das durch Delamination versagt, besteht die Gefahr, dass die Kanten beim Fräsen zerfetzen und sich vertikal verbiegen. Um dies zu verhindern, wird die Verwendung eines Kompressionsendes empfohlen.
Eine Kompressionsschneide kombiniert eine nach unten gerichtete spiralförmige Schneide an der Oberseite mit einer nach oben gerichteten spiralförmigen Schneide an der Unterseite. Dadurch werden die Ober- und Unterseite des zu schneidenden Materials während des Schneidvorgangs zur Mitte hin zusammengedrückt, sodass die Druckfestigkeit des Materials seiner Anfälligkeit für Rissbildung unter Zugbelastung entgegenwirkt.
Bedenken Sie, dass die Kompressionsenden das entfernte Material seitlich herausdrücken und nicht nach oben oder unten, sodass Material nur entlang einer freiliegenden Kante entfernt werden kann.
Arten von Verbundwerkstoffen
• Fiberglas: Verstärkter Kunststoff.
• Kohlefaser: Hohes Festigkeits-Gewicht-Verhältnis.
• Phenol: Hitzebeständig, langlebig.
Merken dass die Kompressionszone zwischen den beiden Schnittrichtungen am Ende mittig in Ihrem Material liegen muss.
- Die Komponenten Ihres Verbundes sollten sowohl gemeinsam als auch einzeln betrachtet werden.
- Wenn die Matrix des Verbundwerkstoffs ein Polymerharz ist, gelten die für diesen Kunststofftyp entsprechenden Überlegungen.
- Wenn der Verbundwerkstoff abrasive Fasern oder Partikel enthält, verwenden Sie eine entsprechend gehärtete Fräserspitze und Kühlung, um den Verschleiß zu verringern.
Kunststoffe
Schäume
Polymerschäume sind für die CNC-Fräsung erhältlich und haben den Vorteil, dass sie am Ende keinen merklichen Verschleiß verursachen und gleichzeitig die Erstellung komplexer Formen für kundenspezifische Verpackungen, Ästhetik, Testgeometrie oder für risikoarme Übungen ermöglichen. Das entscheidende Merkmal dieser Materialien ist ihre geringe Scherfestigkeit, sodass sie schnell und einfach geschnitten werden können.
Wenn bei der Auswahl dieser Materialien die Zugfestigkeit des Schaumstoffs noch geringer ist als die Scherfestigkeit, können statt sauber geschnittener Späne Brocken herausgerissen werden. Auch bei relativ zähem und flexiblem Schaumstoff können Stücke abreißen und sich um das Fräserende wickeln.
Bei den seltenen Schaumstoffen, bei denen dieses Risiko besteht, sollten Sie bei hohen Drehzahlen scharfe Schneidenden mit aggressiven Kanälen verwenden und keine abrasiven oder flachen Enden. Steife Schaumstoffe können jedoch abgeschliffen statt geschnitten werden, um Verformungen zu vermeiden.
Weiche Kunststoffe
Weiche Kunststoffe (wie Polyethylen niedriger Dichte) werden relativ definiert: Es sind Polymere, die beim Schneiden „Locken“ oder sehr lange Späne bilden. Das bedeutet, dass sie weniger hart und wahrscheinlich dehnbarer sind. Bedenken Sie, dass ein weicherer Kunststoff wahrscheinlich auch einen niedrigeren Schmelzpunkt hat und seine Maßtoleranz verliert, wenn er heiß geschnitten wird, weil er sich verbiegt. Reduzieren Sie diese Tendenz durch eine kühle Umgebungstemperatur, Ventilatoren und flache Schnitte. Ein Schneidende mit weniger Nuten oder weniger aggressiven Kanälen kann die Probleme verringern, die durch Verklemmen bei langen Locken verursacht werden.
Hartkunststoffe
Harte Kunststoffe (wie Polymethylmethacrylat) werden durch ein relatives Maß definiert: Sie erzeugen beim Schneiden kurze Späne mit gebrochenen Enden. Das bedeutet, dass sie steifer sind und mit weniger aggressiv geriffelten Enden geschnitten werden können, da sich die kleineren Partikel leichter entfernen lassen sollten. Überhitzung kann jedoch immer noch leicht ein Problem darstellen.
Harte Kunststoffe verformen sich bei Überhitzung weniger stark, können aber direkt an der Schnittfläche schmelzen oder sich zersetzen, wodurch sich am Ende des Fräsers verbranntes Kunststoffmaterial ansammelt und das Schneiden verhindert. Reduzieren Sie diese Tendenz durch eine kühle Umgebungstemperatur, Ventilatoren und flache Schnitte.
Arten von Kunststoffen
• Acryl: Klar, farbenfroh, stark.
• Polycarbonat: Hohe Schlagfestigkeit, klar.
• PVC (Polyvinylchlorid): Langlebig, vielseitig.
• HDPE (Polyethylen hoher Dichte): Leicht, feuchtigkeitsbeständig.
Metallindustrie
In den allermeisten Fällen ist Aluminium das einzige Metall, das mit einer Oberfräse geschnitten werden sollte. Einige hochsiliziumhaltige Aluminiumlegierungen sind sehr hart und sollten nur in Fräsmaschinen verwendet werden.
Aluminium erzeugt lange Locken, wenn es mit normalen Enden geschnitten wird, was häufig zu einem Verklemmen führt, wenn nicht genügend Spielraum vorhanden ist. Wenn Aluminium mit wenig Toleranz geschnitten werden muss, sollte ein spezielles Spanbrecherende verwendet werden. Diese Art von Ende, dessen Eigenschaften zwischen denen von Schleifenden und vielrilligen Schneidenden liegen, weist ein „rautenförmiges“ rhomboedrisches Oberflächenmuster auf, das verhindert, dass eine einzelne Schneidfläche während einer gesamten Schneidumdrehung mit einer großen Menge Material in Kontakt bleibt, wodurch das entfernte Material in viele einzelne Späne zerbrochen wird.
Beachten Sie, dass Härte und Diffusionskühlung eines Metalls empfindlich auf die Umgebungstemperatur reagieren. Die richtigen Einstellungen Ihres Fräsers können sich daher ändern, wenn die Temperatur in Ihrem Arbeitsbereich nicht kontrolliert wird. Bei zunehmender Hitze verschleißt das Ende durch Erweichung schneller und die Oberfläche des Metalls wird dehnbarer, was zu „schmierenden“ Verformungen statt sauberer, präziser Schnitte führt. Schneiden Sie relativ langsam und verwenden Sie Kühlventilatoren.
In seltenen Fällen können auch andere Metalle als Aluminium gefräst werden.
- Einige Messinglegierungen sind weich genug, um mit äußerster Vorsicht gefräst zu werden. Wählen Sie sehr harte Enden und CNC-Pfade, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurden.
- Theoretisch können auch sehr weiche Metalle wie reines Kupfer, Gold oder Blei gefräst werden.
- Wählen Sie bei dichtem, gut verformbarem Material wie weichen Reinmetallen aggressive Schneiden mit wenigen Nuten.
- Wählen Sie bei dichtem, gut verformbarem Material wie weichen Reinmetallen aggressive Schneiden mit wenigen Nuten.
Arten von Metallen
• Aluminium: Leicht, korrosionsbeständig.
• Messing: Dekorativ, leicht zu schneiden.
• Stahl: Stark, langlebig.
• Kupfer: Leitfähig, weich.
Stein und Keramik
Sehr steife, harte Materialien mit geringer Zähigkeit wie Sedimentgestein und gewöhnliche Keramik (Granit, Sandstein, Fliesen) können mit harten Schleifenden gefräst werden.
Diese Enden bestehen häufig aus Metall mit eingebetteten Diamantpartikeln als Schleifmittel. Für Fliesen mit sehr geringer Zähigkeit kann ein flaches, dicht geriffeltes oder spanbrechendes Ende aus HSS oder Hartmetall geeignet sein.
Im Allgemeinen wird für diese Materialien ein CNC-Fräser verwendet, wenn Reliefdetails oder komplexe Kantenmuster erforderlich sind. Aufgrund der hohen Härte und der geringen Wärmeleitfähigkeit von Stein und Keramik entsteht viel Wärme, die jedoch nur sehr wenig von der Oberfläche und den entfernten Partikeln abgeführt wird. Dies bedeutet, dass der Wärmestau am Fräserende ein großes Problem darstellt. Eine direkte Wasserkühlung wird empfohlen.
Stein- und Keramikarten
• Marmor: Elegant, relativ weich.
• Granit: Hart, haltbar.
• Keramikfliesen: Hart, spröde.
Um bei CNC-Fräsprojekten die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, ist das richtige Material das entscheidende Element. Jedes Material hat einzigartige Eigenschaften und erfordert spezifische Werkzeuge, Geschwindigkeiten und Techniken. Wenn Sie die in diesem Handbuch beschriebenen bewährten Vorgehensweisen befolgen, können Sie die Fähigkeiten Ihres CNC-Fräsers maximieren.
