Schaftfräser und HERMLE

Klar, kaum ein HERMLE Bearbeitungszentrum ist ohne Schaftfräser denkbar. Aber was macht eigentlich die Qualität eines Schaftfräsers aus? Warum sind Schaftfräser mal aus HSS, mal aus Wolframkarbid? Und was ist Wolframkarbid überhaupt? Und gibt es noch härtere Schneidstoffe, die noch beanspruchbarer sind? Wie steht es mit Anwendungen wie Bohren, Planfräsen, Profilieren, Fasen und Entgraten? Oder Schlichten und Schruppen? Und welcher Fräser ist wann für was am besten geeignet? Fragen wie diese beantworten wir in diesem Artikel.
 

Die Basics über den Schaftfräser

Beginnen wir zunächst einmal mit den Grundlagen. Was genau ist ein Schaftfräser? Natürlich ein Werkzeug, natürlich ein Fräser, der zum Einsatz kommt in der Metallbearbeitung und in zahlreichen industriellen Anwendungen – so wie bei HERMLE –, aber auch in der Bearbeitung von Holz oder Kunststoff. Überall dort, im Grunde, wo es darum geht, Material von einem Werkstück abzutragen und es zu formen. In der Regel – so jedenfalls bei HERMLE – kommt der Schaftfräser eingespannt in einer Maschine – etwa in einem CNC-Fräszentrum – zum Einsatz.

Nomen estomen sagt das Sprichwort und für den Schaftfräser trifft das mit Sicherheit zu, denn seine Bezeichnung bezieht sich auf die Form des Werkzeugs, das einerseits über einen zylindrischen Schaft verfügt, der sich in die Spannzange oder den Fräsdorn der Fräsmaschine einspannen lässt, sowie andererseits über den Fräskopf, der – je nach Anforderung und Aufgabe – verschiedene Formen und Schneidkanten haben kann. Je nachdem, ob er für das Nutfräsen, Planfräsen, Konturfräsen oder für andere Fräsanwendungen vorgesehen ist. Doch dazu später mehr.

Und natürlich gibt es Schaftfräser nicht einfach nur in unterschiedlichen Formen und mit wechselnden Schneidkanten, sondern auch in verschiedenen Größen und Ausführungen. Schließlich gibt es ja auch die oben genannten Aufgaben und Anforderungen in großen und kleinen Ausführungen. Nur um hier einmal eine Größenordnung ins Spiel zu bringen: auf einer HERMLE C 62 / C 62 U MT lassen sich Werkstücke mit einem Gewicht von bis zu 2500 kg bearbeiten, während auf der C 12 der Feinschliff kubischer Werkstücke bis 100 kg erfolgt. Nach diesen Faktoren richtet sich dann auch die Größe der Fräser, ihre Durchmesser – und natürlich auch das Material, aus dem sie bestehen. Das kann High-Speed Steel (HSS) sein, Hartmetall (Wolframkarbid) oder einer von diversen Spezialschneidstoffen. Zum Beispiel Keramik, ein Material, das sich durch herausragende Härte und Verschleißbeständigkeit auszeichnet. Doch letztlich ist es, wie beim Deckel, der zum Topf passen muss: Auch das optimale Material des Schaftfräsers ist abhängig vom Material des Werkstücks, das er zu bearbeiten hat. Er muss schon härter sein als der Stoff, den er formen soll. Klingt nach des Fischermanns Freund, ist aber eine alte Metallerweisheit.

Verschiedene Größen? Unterschiedliche Ausführungen? Alte Metallerweisheit? Das klingt sehr nach Pi mal Daumen statt nach CNC-programmierter Präzisionsarbeit. Für alle, die es ganz genau wissen wollen: Natürlich gibt es auch für Schaftfräser mit Zylinderschaft eine Norm – nämlich die DIN 844, die Maße und technischer Lieferbedingungen definiert.
 

Der Schaftfräser und seine Anwendungsgebiete

Wie steht es mit den Einsatzfeldern? Schaftfräser kommen überall dort zur Anwendung, wo durch Fräsen komplexe Formen präzise und wiederholbar herzustellen sind. Qualität besteht ja nicht darin, einmal ein perfektes Ergebnis zu erzielen (das mitunter auch), sondern seriell. Losgröße 1 ist Kür, Serienproduktion Pflicht. Immer. Das geht, möchte man sagen, gar nicht ohne Fräser und Fräsen, weil schließlich nichts, was produziert wird, jemals in der Form vorliegt, dass es sich nur zusammenbauen ließe. Genau das macht Fräser – respektive Schaftfräser – in der Metallbearbeitung zu einem wichtigen, wenn nicht unerlässlichen Bestandteil jedes Werkzeugsortiments, ob es nun in der Automobilindustrie, in der Luftfahrt, im Maschinenbau oder in einem der zahllosen anderen Bereichen, in denen Präzisionsbearbeitung erforderlich ist, zur Anwendung kommt.

Dabei lassen sich mit einem Schaftfräser ganz unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben durchführen. Hier haben wir einmal alphabetisch geordnet die häufigsten Anwendungen und Aufgaben aufgelistet – der Vollständigkeit zuliebe auch jene, die wir bei HERMLE nicht bedienen.
 

Von B wie Bohren zu S wie in Schruppfräser

B wie Bohren: Zugegeben, nicht die häufigste Anwendung, aber durchaus möglich, denn es gibt Schaftfräser, die sich auch zum Bohren eignen, etwa bei der Herstellung von Durchgangslöchern oder Senkungen – ein Beispiel dafür sind etwa in der Gießereitechnik die Durchgangslöcher in einer Schachtabdeckung. Im Gegensatz zu einem Bohrer, der nur in Rotationsachse bohrt, setzt ein Fräser in der Regel senkrecht oder schräg zur Rotationsachse an. Ein Schaftfräser, dessen Schneiden über den Mittelpunkt hinausgehen, ist hingegen auch zum Bohren verwendbar.   

F & E für Fasen und Entgraten: Schaftfräser eignen sich dazu, um Kanten zu fasen genauso wie zum Entgraten scharfer Kanten oder Grate von Werkstücken.

F wie Fräsen von Nut und Nut: Schaftfräser können auch Nute oder Schlitze in Werkstücke fräsen. In der Holzbearbeitung ist dies gang und gäbe – etwa bei Nut-und-Feder-Verbindungen.

G wie Gewindefräsen: Für das Fräsen von Gewinden in Werkstücken gibt es spezielle Schaftfräser. Ein Beispiel dafür ist die Produktion eines Wechselkopfbohrers mit einer HERMLE C 32 U. Dazu unten mehr.

K wie Konturfräsen: Ein wichtiges Einsatzfeld. Gerade in der Metallverarbeitung. Hier lassen sich mit einem Schaftfräser komplexe Konturen und Formen in Werkstücken erstellen. Und dies – wie oben gesagt – sehr präzise.

P wie Planfräsen: Dafür gibt es die sogenannten Planschneider, sprich: spezielle Schaftfräser, die auf Werkstücken ebene Oberflächen erzeugen.

P wie Profilfräsen: Die einen Werkstücke benötigen Planschneider für ebene Oberflächen, andere Werkstücke sollen spezifische Profile oder Kanten erhalten. Spezielle Schaftfräser geben diesen Werkstücken die gewünschte Form.

S für Schlichten und Schruppen: Schlichten steht für die Feinbearbeitung, Schruppen für die Grobbearbeitung – in beiden Fällen, geht es darum, Material von Werkstücken zu entfernen, um die gewünschten Maße und Oberflächenbeschaffenheiten zu erreichen. Und für beides gibt es Schaftfräser.

Wer diese Liste möglicher Anwendungen einmal durchgeht, stellt fest: Das sind viele Aufgaben, die viele unterschiedliche Schaftfräser erfordern. Die Auswahl des richtigen Schaftfräsers hängt aber nicht nur von der spezifischen Bearbeitungsaufgabe ab, auch nicht nur – siehe oben – von den zu bearbeitenden Materialien, sondern eben auch von den gewünschten Ergebnissen. Kurz: Schaftfräser sind vielseitige Werkzeuge, die in vielen Branchen und Anwendungen eingesetzt werden, um präzise und wiederholbare Bearbeitungsvorgänge durchzuführen, wobei unterschiedliche Fräsköpfe und Schneidstoffe unterschiedliche Eigenschaften bieten und eine breite Palette von Bearbeitungsmöglichkeiten ermöglichen.
 

Der Schruppfräser und andere Fräskopftypen

Welcher Fräser für was am besten geeignet ist, dies verraten Schaft und Schneide. An der Anzahl der Schneiden lässt sich recht gut bestimmen, ob man eher einen Schruppfräser in der Hand hält oder einen für feinere Aufgaben. Dementsprechend lassen sich diese Schaftfräser auch nach ihrem Fräskopftyp unterscheiden:

1. Der Zweischneider: Das ist der universelle Schaftfräser. Mit seinen großen Spannuten ist er besonders geeignet zur Bearbeitung von NE-Metallen. Außerdem wird er häufig eingesetzt, wenn es erforderlich ist, senkrecht ins Material einzutauchen.
2. Der Vierschneider: Diese Schaftfräser bietet eine deutlich bessere Oberflächenqualität, denn mit seinen vier Schneiden, die gleichmäßig um den Fräskopf verteilt sind, ist er für eine präzisere Bearbeitung ausgelegt. Vierschneidenfräser eignen sich gut für das Schlichten, das Fräsen von komplexen Formen und das Erzeugen von glatten Oberflächen.
3. Der Acht- oder Zwölfschneider: Acht- oder Zwölfschneidenfräser gibt es auch, allerdings sind das dann auch Entwicklungen für spezielle, hochpräzise Anwendungen, die meist eine entsprechend leistungsfähige Fräsmaschine erfordern.

Doch daneben gibt es weitere Formen des Fräskopfes, meist Spezialschaftfräser, die dann auch wieder auf konkrete Anwendungen verweisen:

1. Der Kugelfräser: Dieser Schaftfräser verfügt über eine halbkugelförmige Schneidkante, die sich hervorragend für das 3D-Fräsen und das Erzeugen runder Konturen und Oberflächen eignet.
2. Der Schaftfräser mit Radius: Klingt nach einem ähnlichen Fräskopf, hat aber doch sein eigenes Einsatzgebiet. Mit seiner abgerundeten Schneidkante erzeugt er Radien und abgerundete Kanten.
3. Der T-Nut-Fräser: Er fräst die T-Nut. Dafür ist er konzipiert – und er sieht auch danach aus. Auch hier ist Nomen Omen. Der Name ist Programm. Vor allem in der Holzverarbeitung, auf die wir hier nicht näher eingehen können.
4. Der Hochvorschubfräser: Er ist für schnelle Vorschübe ausgelegt und eignet sich gut für das Schruppen und das effiziente Materialentfernen. Auch wenn er für die Grobbearbeitung konzipiert ist – ein Zweischneiden-Fräser ist er nicht.
5. Der Mikrofräser: Dasselbe gilt für Mikrofräser, die speziell für sehr präzise und kleine Bearbeitungsaufgaben konzipiert sind.
6. Der Schaftfräser für Aluminium: Der Spezialisierung sind prinzipiell keine Grenze gesetzt. Dieser Fräser ist ein Beispiel dafür, da er mit seinen besonderen Schneidkanten und Spangeometrien optimal auf die Bearbeitung von Aluminium ausgelegt ist.
7. Der Schaftfräser für Kunststoff: Auch Kunststoffe lassen sich fräsen – und erfordern spezielle Werkzeuge dafür, da es beim Fräsen aufgrund der Wärmeentwicklung leicht eine Verschmelzung beziehungsweise aufgrund der Rotation leicht ein Zerreißen des Materials möglich ist. Der Kunststoff-Schaftfräser verhindert genau das.  

So viel zunächst einmal zu den unterschiedlichen Anwendungen und den jeweils spezifischen Fräskopftypen. Tatsächlich ist selbst das nur eine Auswahl, da über diese hinaus es mitunter auch noch weitere Schaftfräser gibt. Prinzipiell sind alle diese Schaftfräser zu unterscheiden von Walzenfräsern, Wendschneidplattenfräsern, Zahnradfräsern und anderen mehr.
 

Die Schaftfräser und die Materialien, aus denen sie gefertigt sind

Jetzt gilt es noch ein paar Sätze zu den Schneidstoffen zu sagen, aus denen die Schaftfräser in der Regel bestehen. Zunächst sind da folgende zu nennen:

• HSS-Fräser. Das sind Fräser aus sogenanntem High Speed Steel. Dieser sprichwörtliche Hochgeschwindigkeitsstahl wird auch Schnellarbeitsstahl genannt; beide Bezeichnungen verweisen wieder auf eine Eigenschaft des Stahls, der gegenüber normalem Werkzeugstahl höher legiert ist und somit höhere Schnittgeschwindigkeiten ermöglicht. Während herkömmlicher Stahl bereits bei rund 200 °C an Härte einbüßt, ist HSS-Stahl bis 600 °C einsetzbar. HSS-Fräser sind damit gut geeignet für die Bearbeitung von Weichmetallen und Kunststoffen. Noch ein Argument, das für sie spricht: Sie sind vergleichsweise kostengünstig.
• Hartmetallfräser aus Wolframkarbid: Diese Fräser sind sehr hart und langlebig, ideal also für die Bearbeitung von harten Materialien wie Metallen und Verbundwerkstoffen. Sie stellen damit die nächst höher beanspruchbare Klasse an Fräsern dar.

Beschichtete Schaftfräser: Um die Haltbarkeit, Standzeit und Leistung von Schaftfräsern zu verbessern, gibt es auch beschichtete Ausführungen – zum Beispiel mit einer Beschichtung mit Titan-Nitrid (TiN) oder aus Titan-Aluminium-Nitrid (TiAlN).
 

Schaftfräser für Metall in HERMLE Anwendungen

Nach diesem Schnelldurchlauf durch die Welt der Schaftfräser gehen wir etwas tiefer in die Beispiele: Die Auswahl des richtigen Schaftfräsers – sagten wir – hängt von Faktoren wie Material, Bearbeitungsaufgabe, gewünschter Oberflächenqualität und Maschinenkapazität ab. Schließlich ist es für ein qualitativ herausragendes Ergebnis wichtig, den richtigen Fräser für die jeweilige Anwendung zu wählen. Natürlich konzentrieren wir uns hier mit diesen Beispielen auf die Bearbeitung von Metall, Vollhartmetall, Aluminium – oder auch Kupfer.

Beginnen wir mit der Fertigung eines Flaschenverschlusses mit dem HERMLE Bearbeitungszentrum C 12 U. Hier geht es zunächst darum, Material von der Oberfläche des Werkstücks plan wegzunehmen und im Anschluss daran die Kanten anzufasen und zu entgraten. Profil und Plan präzise gefräst. Die Schnitttiefe wird exakt eingehalten, die Bearbeitung erfolgt zügig, dabei aber in höchster Laufruhe. Der Winkel? Passt.

Wenn es mehr in die Konturen und die Formung komplexester Formen geht, ist unsere Referenz aus dem Modellbau, die Fasnetsmaske, ein eindrucksvolles Beispiel dafür, was sich aus einem Block Aluminium mit einem Schaftfräser machen lässt. Sicher, das ist jetzt kein übliches Beispiel für die Serienproduktion, doch ein ausgezeichnetes Beispiel für die Feinbearbeitung, das Schlichten sowie für die 3D-Profilierung. Es zeigt, was geht und möglich ist. Dass das auch mit Kupfer geht, belegt unser Projekt Segelboot, bei dem Dach- und Deckfläche aus Kupfer freigefräst wurden. Wer sich über die Feinbearbeitung mittels Schaftfräsern auch für Additive Fertigung interessiert, dem sei ein Blick auf dieses Projekt ans Herz gelegt.

Ein klassisches Anwendungsfeld ist die Werkzeugherstellung. Zum Beispiel die Produktion eines Wechselkopfbohrers – etwa mit einer HERMLE C 32 U. Hier wird mit exakter Laufruhe das Gewinde des Bohrers gefräst, der Materialabtrag erfolgt sukzessive. Deutlich komplexer erfolgt der Abtrag des Materials und die Profilierung der Form in der Strömungstechnik beim Fräsen eines Propellers mit der HERMLE High-Performance-Linie C 52/C 52 U MT.
 

Noch einmal das Wichtigste über den Schaftfräser

Fassen wir die gegebenen Informationen noch einmal zusammen: Schaftfräser gibt es in den unterschiedlichsten Ausführungen, aus unterschiedlichem Material, mit jeweils unterschiedlichem Durchmesser. Mit einer unterschiedlichen Anzahl von Schneiden. Und das alles in diversen Ausführungen von Fräsköpfen. Die Anzahl der Schneiden ist ein wichtiger Indikator für die jeweils zu erzielende Oberflächengüte. Grob oder fein, plan oder profiliert, in einem bestimmten Winkel gefast, die Kanten entgratet. Je höher die Anzahl der Schneiden, desto feiner erfolgt die Bearbeitung. Auf die Details sind wir eingegangen und eine Anzahl an Beispielen haben wir angeführt. Falls Sie noch mehr über Schaftfräser erfahren möchten und für welche Produkte sie besonders geeignet sind, treten Sie am besten mit uns in Kontakt. Nichts geht über ein persönliches Gespräch. Vor allem: wir demonstrieren Ihnen den konkreten Einsatz gerne direkt an der Maschine.