iMachining Erfolgsgeschichte beim Fräsen von Inconel bei der Kline, Oilfield Equipment, Inc

Wenn sich zwei Elemente verbinden, um etwas größeres hervorzubringen, als die Summe seiner Einzelteile, so führt das typischerweise zu spannenden Ergebnissen. Die Kline Oilfield Equipment Inc., auch als Kline Werkzeuge bekannt, erlebte eine angenehme Überraschung, als sie für die Fertigung von Kugelventilen in 718 Inconel die leistungsstarke SolidCAM Software mit einem Universal-Schaftfräser kombinierten.

Sie erreichten eine Standzeitverlängerung von 500 % bei einer Zeiteinsparung von 86 %.

Jake Aasness, Programmierer und Anwendungstechniker des Herstellers von Boden-Wartungswerkzeugen für die Ölförderung aus Tulsa (Oklahoma), arbeitet mit der SolidCAM Version 2011. Die Software beinhaltet das iMachining Modul, das die Schnittparameter über den gesamten Werkzeugweg hinweg optimiert, und für doppelt- oder dreimal so schnelle Fräszeiten sorgt - so der Hersteller die SolidCAM Inc., Wahington Crossing, Pa.

Laut Aasness generiert der Algorithmus des Moduls weichespiralförmige Werkzeugbahnen, während Eingriffswinkel, Zustellung und Drehzahl kontrolliert werden.

"Theoretisch sollte die Spandicke konstant bleiben, komme was da wolle." Und er bemerkt, dass es ähnlich wie beim Trochoidalfräsen frunktioniert. "Ich bin immer noch beeindruckt, wenn ich den Vorgang beobachte. Es scheint so, als würde sich der Fräser wie von selbst durch das Material bewegen. Dabei werden die Servos nicht mehr belastet, als wenn man den Tisch selbst bewegt."

Allerdings ermöglichen es die Werkzeugwege der Software nicht jedem Fräser, schwer zu bearbeitende Werkstoffe effizient zu zerspanen. Es tauchten immer wieder Probleme bei der Herstellung von Kugelventilen in 718 Inconel auf, die Kline Werkzeuge ein- bis zweimal im Jahr fertigt. "Es war jedesmal ein Albtraum", bestätigt Aasness und fügte hinzu, dass Trockenbearbeitung noch schwieriger ist. Dies ist jedoch nötig, weil die Schneidwerkzeuge beim Kühlen mit Schmiermittel Mikrorisse bekommen, die durch thermische Belastung entstehen, wenn sich die Schneidkannten beim Eintritt ins Material erhitzen, dann jedoch wieder abkühlen, sobald sie sich wegdrehen, um neu anzusetzen. 

Chris Cooper (links), IMCO Vertriebsmitarbeiter und Jake Aasness von Kline Werkzeuge waren angenehm überrascht, als sie sahen, wie ein IMCO Standardfräser beim Fräsen von 718 Inconel Kugelventilen (unten) acht mal schneller war, als andere Hochleistungsfräser.

Laut Aasness bekommt die iMachining Technologie der linearen Werkzeugwege beide Probleme in den Griff, indem sie die Werkzeugbelastung verringert und dabei die Drehzahl erhöht. "Bei erhöhter Drehzahl, ist das Werkzeug weniger lang im Eingriff und die Zeit zwischen den Eingriffen wird verkürzt. Das führt zu einer thermischen Stabilisierung des Fräsers", so Aasness.

Sie testeten ein paar raffinierte Hochleistungsfräser, in der Hoffnung, durch die Kombination von hochentwickelten Werkzeugen mit dem Werkzeugbahngenerator noch bessere Ergebnisse zu erzielen. Die Resultate waren jedoch enttäuschend. "Die Fräser schafften nicht einmal ein zweites Teil", berichtet Aasness.

Der ganz normale IMCO Universal-Schaftfräser lancierte bei Kline Werkzeuge zum Fräser Nummer 1 für die Bearbeitung von Inconel. Das ist besonders deshalb bemerkenswert, weil der Hersteller für diesen Fräser bislang keine Empfehlungen für Schnittwerte bei der Bearbeitung von Inconel gibt. Wie auch immer, in der Werkstatt waren die 9,5 mm Schaftfräser zu Ende gegangen. "Es wurde zu unserer Hauptaufgabe, für Ersatz und einen lokalen Händler zu sorgen", sagt Chris Cooper, IMCO Vertriebsmitarbeiter für Oklahoma und den Texanischen Norden und Westen.

Nachdem die altbekannten Fräser angekommen waren, testete Aasness sie einmal mit Außen- und einmal mit Innenkühlung bei 4.074 U/min und einem Vorschub von 1270 - 1524 m/min. Er schaffte es problemlos zwei 718 Inconel Kugelventile und zusätzlich noch 12 derselben Ventile aus gehärtetem Stahl (36 - 38 HRC) zu fräsen. "Wahrscheinlich hätte ich noch einmal 10 Stück geschafft",so Aasness über die Stahlteile, die 3 Minuten laufen. "Der Fräser sah immer noch gut aus, als wir fertig waren."

In der Zwischenzeit fräst Kline Werkzeuge 5 Stück der 718 Inconel Teile pro Fräser mit 6000 U/min und einem Vorschub von 2540 m/min. Die Laufzeit verringerte sich von 2 Stunden auf 16 Minuten. "Das hat niemand dem Fräser je zugetraut", sagt Aasness.

"Keiner von uns glaubte daran, dass der Fräser so gut funktionieren würde", bemerkte Cooper. "Wir waren total überrascht."

Cooper schreibt diesen Erfolg seiner AlTiN (Spector) Beschichtung, dem Hartmetallsubstrat sowie dem Helix-, und Freiwinkel zu. Außerdem ist er überzeugt, dass die IMCO enDURO Schaftfräser, die speziell für die Bearbeitung von schwierigen Werkstoffen, wie Titan und Nickel-Legierungen, entwickelt wurden, noch wesentlich bessere Ergebnisse erzielen würden.

Aasness bemerkte, dass er gerne mit diesen Fräsern experimentieren würde. Er räumte jedoch auch ein, dass das Preis-Leistungs-Verhältnis der Universalfräser schwer zu schlagen sein würde. "Hier handelt es sich um sehr robuste Fräser", sagt er.