Spiralverzahnte Fräser für CFK, GFK und FR4

VHM-Vollhartmetall mit Spanbrecher-Geometrie: versetzte Schneidzähne zerteilen Fasern in der Schnittzone, Upcut-Drallrichtung transportiert Bruchstücke aktiv nach oben.

Verbundwerkstoffe mit hohem Harzanteil und tiefe Nutgeometrien stellen spezifische Anforderungen an den Spänetransport. Frässtaub der im Nutgrund verbleibt erzeugt Reibungswärme, die das Matrixharz schädigt, bevor die Zustellung abgeschlossen ist. Der spiralverzahnte Fräser löst das durch versetzt angeordnete Schneidzähne, die Fasern vor dem Austritt zerteilen, und eine Upcut-Drallrichtung, die Bruchstücke aktiv aus der Schneidzone befördert. VHM-Vollhartmetall widersteht dem abrasiven Angriff der Fasern dabei deutlich länger als HSS, weil VHM eine Härte von ca. 1.600 HV erreicht gegenüber 800 bis 900 HV bei HSS. Für Serienfertigung ab 50 Laufmetern pro Woche verlängert die HF-CVD Diamantbeschichtung den Verschleißpunkt auf 200 bis 400 Laufmeter.

Warum Spänetransport bei Verbundwerkstoffen über Standzeit und
Kantenqualität entscheidet

Wer GFK oder CFK in tiefen Nuten bearbeitet, kennt das Problem: Frässtaub und kurze Faserfragmente sammeln sich im Nutgrund. Sie leiten die entstehende Reibungswärme nicht ab, sondern halten sie in der Schneidzone fest. Die Folge ist thermische Schädigung der Harzmatrix, steigende Schnittkräfte und vorzeitiger Verschleiß der Schneidkante. VHM-Vollhartmetall widersteht dem abrasiven Angriff der Fasern dabei deutlich länger als HSS, weil VHM eine Härte von ca. 1.600 HV erreicht gegenüber 800 bis 900 HV bei HSS. Trotzdem bleibt der Wärmestau bei tiefen Nuten ein geometrisches Problem das VHM allein nicht löst. 

Spiralverzahnung: wie Spanbrecher und Upcut-Drall Wärmestau verhindern

Die Spiralverzahnung besteht aus versetzt angeordneten Schneidzähnen entlang der Spiralnut. Jeder Zahn bricht den entstehenden Faserspan bevor er lang genug wird um die Nut zu blockieren. Die Bruchstücke sind klein genug, um durch die Upcut-Drallrichtung aktiv nach oben aus der Schneidzone transportiert zu werden. Die Schneidzone bleibt frei, die
Werkzeugtemperatur bleibt niedrig, auch ohne externe Kühlung oder Druckluft.

Im Vergleich zum diamantverzahnten Fräser erzeugt der spiralverzahnte Fräser keine Feinstaub-Partikel die im Nutgrund verbleiben, sondern kurze Faserbruchstücke die aktiv abtransportiert werden. Das macht ihn besonders geeignet für tiefe Nuten ab 5 mm Tiefe und für Materialien mit hohem
Harzanteil, wo Wärme die Matrix schnell schädigt. Für flache Zustellungen und dünne Laminate, wo Delamination das Hauptproblem ist, arbeitet der diamantverzahnte Fräser mit neutralen Schnittkräften zuverlässiger. 

Auswahlhilfe: unbeschichtet oder CVD, für welchen Einsatz

  • Unbeschichtet: Spiralverzahnt Fräser für CFK, GFK und FR4. Der unbeschichtete spiralverzahnte Fräser verliert in GFK und CFK nach 30 bis 60 Laufmetern messbar an Schärfe. Für CNC-Routing, Modellbau, GFK-Bearbeitung und gelegentliche Zustellung ist das wirtschaftlich. Fischschwanz-Anschliff für direktes Eintauchen ohne Vorbohrung. 
  • CVD-beschichtet: CVD Spiralverzahnt Fräser für CFK und GFK. Die HF-CVD Diamantbeschichtung hat über 8.000 HV Härte. Der Verschleißpunkt verschiebt sich auf 200 bis 400 Laufmeter. Ab einer Fertigungsfrequenz von 50 bis 80 Laufmetern pro Woche amortisiert der Aufpreis
    über eingesparte Werkzeugwechsel.

Für flache Zustellungen bis 5 mm und für dünne Laminate, bei denen Delamination an Deckschichten das Hauptproblem ist, arbeitet der diamantverzahnte Fräser mit Kreuzhieb-Geometrie zuverlässiger. Der Kreuzhieb neutralisiert axiale Schnittkräfte an beiden Deckschichten gleichzeitig, was die Spiralverzahnung konstruktionsbedingt nicht leistet.

💡  Profi-Tipp: Upcut-Drall und Aufspannung bei dünnen Platten

Der spiralverzahnte Fräser transportiert Späne nach oben. Bei sehr dünnen Platten unter 2 mm oder bei einseitig aufgespannten Laminaten kann der Upcut-Spantransport die Oberfläche anheben, wenn die Aufspannung nicht flächig genug ist. Die nach oben gerichtete Kraftkomponente wirkt gegen die Aufspannung, nicht mit ihr.

Vakuumtisch oder beidseitige Klemmung lösen das Problem. Für Platten die nur punktuell aufgespannt werden können, arbeitet der [diamantverzahnte Fräser mit neutralen Schnittkräften] ohne axialen Auftrieb. Konkrete Schnittwerte für GFK und CFK liefert der Schnittdaten-Rechner. Für die Werkzeugauswahl nach Werkstoff steht der VHM Fräser Finder zur Verfügung.

Wissenswertes & FAQ zu spiralverzahnten VHM-Fräsern

Q: Für welche Materialien eignen sich spiralverzahnte Fräser und wo stoßen sie an Grenzen?

A:

Der spiralverzahnte Fräser ist für alle Verbundwerkstoffe geeignet, bei denen Wärmestau durch schlechten Spänetransport das Hauptproblem ist. In CFK, GFK, FR4, HPL und Aramid funktioniert die Upcut-Spirale gut, weil die Faserbruchstücke aktiv nach oben abtransportiert werden.

Grenzen: Für sehr dünne Platten unter 2 mm ist Vorsicht geboten. Der Upcut-Drall erzeugt eine nach oben gerichtete Kraftkomponente die dünne Laminate bei unzureichender Aufspannung anhebt. Für diese Fälle arbeitet der diamantverzahnte Fräser mit neutralen Schnittkräften sicherer. Für Aluminium ist die Spiralverzahnung ungeeignet: Die vielen kleinen Schneidzähne setzen sich mit dem weichen Material zu. Für die Werkzeugauswahl nach Werkstoff steht der VHM Fräser Finder zur Verfügung.

Q: Wann reicht der unbeschichtete spiralverzahnte Fräser, wann brauche ich die CVD-Version?

A:

Beide Produkte haben identische Geometrie. Der Unterschied liegt ausschließlich in der Standzeit.

Der unbeschichtete spiralverzahnte Fräser verliert in CFK und GFK nach 30 bis 60 Laufmetern Schärfe. Für CNC-Routing, Modellbau und gelegentliche Bearbeitung reicht das aus. Der Einstiegspreis liegt deutlich unter dem CVD-Werkzeug.

Ab einer Fertigungsfrequenz von 50 bis 80 Laufmetern pro Woche verschiebt sich die Wirtschaftlichkeit. Die CVD-Beschichtung verlängert den Verschleißpunkt auf 200 bis 400 Laufmeter. Der Aufpreis amortisiert über eingesparte Werkzeugwechsel.

Q: Was ist der Unterschied zwischen spiralverzahnten und diamantverzahnten Fräsern für Verbundwerkstoffe?

A:

Beide Geometrien sind für Verbundwerkstoffe entwickelt, lösen aber unterschiedliche Probleme.

Der spiralverzahnte Fräser ist besser geeignet für: tiefe Nuten ab 5 mm, Materialien mit hohem Harzanteil wo Wärmestau das Hauptproblem ist, Bearbeitung ohne externe Kühlung oder Druckluft, höhere Vorschubgeschwindigkeiten in der Serienfertigung.

Der diamantverzahnte Fräser ist besser geeignet für: flache Zustellungen bis 5 mm, dünne Laminate wo Delamination an Deckschichten das Hauptproblem ist, Platten die nur punktuell aufgespannt werden können, FR4-Leiterplatten wo axiale Kräfte Schichtablösung riskieren.