Tauchfräsen von bleifreien Messingwerkstoffen

Elektrotechnische Durchgangsreihenklemmen werden aus Messingdraht durch die Prozessfolge Bohren, Tauchfräsen und Räumen hergestellt. Dabei ist die seitliche Abdrängung des Tauchfräswerkzeugs kritisch für die abschließende Innenräumbearbeitung, da die Räumwerkzeuge keine ausreichende Steifigkeit für die Kompensation von Abweichungen aufweisen. Aus rechtlichen Gründen darf zukünftig in den Messingwerkstoffen für die Fertigung dieser Bauteile kein Blei mehr enthalten sein. Aufgrund von Gesetzesänderungen müssen zukünftig bleifreie Messingwerkstoffe zerspant werden. Im Vergleich zu den aktuell verwendeten bleihaltigen Automatenmessingen entstehen beim Tauchfräsen erhöhte Zerspankraftkomponenten und ungünstige Spanformen. Es existieren keine systematischen Untersuchungen zum Tauchfräsen bleifreier Messingwerkstoffe. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, eine systematische Werkzeug- und Prozessauslegung für das Tauchfräsen von bleifreien Messingwerkstoffen auf Grundlage der Analyse relevanter Ursache-Wirkbeziehungen zu ermöglichen. Eine Zerspanbarkeitsanalyse ergab, dass die radiale Zerspankraftkomponente während eines Schnittes um einen Faktor von fünf bis zehn zu einem Maximum anstieg. Dies verursachte Werkzeugbrüche sowie seitliches Verlaufen der tauchgefrästen Kavität. Aufgrund der geringen Stabilität des Prozesses wurde der Fokus für die weiteren Untersuchungen auf die Analyse und Vermeidung der Radialkraftüberhöhung gesetzt. Mangelhafter Spanabtransport wurde im Rahmen der Analyse von Ursache-Wirkzusammenhängen als Hauptursache für die geringe Prozessstabilität identifiziert. Die direkte Zufuhr des Kühlschmierstoffs durch den Werkzeugschaft verbesserte den Spanabtransport soweit, dass die Radialkraft nicht mehr wesentlich anstieg. Eine systematische Optimierung der Schnittparameter und geometrischer Stellgrößen am Werkzeug im Realprozess war Grundlage für die Entwicklung eines Gestaltungsmodells für die Werkzeug- und Prozessauslegung. Ein Bestandteil davon war ein Prognosemodell für die Radialkraft. Zur Auflösung des Zielkonflikts zwischen möglichst hoher Produktivität und ausreichender Bearbeitungsgenauigkeit wurde dem Prognosemodell eine maximal zulässige Radialkraft vorgegeben, anhand derer bei bekannter Werkzeuggeometrie die Schnittparameter berechnet wurden. Durch Anwendung des Gestaltungsmodells wurde die erzielbare Produktivität bei ausreichender Prozesssicherheit gegenüber dem Stand der Technik maßgeblich gesteigert.