Der Superman unter den Entgratwerkzeugen

Wie das Back-Burr Cutter & Path Entgratsystem Entgrataufgaben meistert, bei denen andere Werkzeuge aufgeben.

Als das Back-Burr Cutter & Path Entgratsystem im Oktober 2017 dem Markt vorgestellt wurde, ahnten selbst dessen Entwickler noch nicht, welche Erfolgsstory sich dahinter verbergen würde. Das perfekt aufeinander abgestimmte System, bestehend aus Entgratfräser und einem für die Anwendung generierten NC-Datensatz, ermöglicht hochpräzises CNC-Entgraten von kompliziertesten Konturen und verspricht durch die innovative Synergie darüber hinaus immense Standzeiten. Bedingt durch die Neueinführung, mussten zu Beginn noch viele Anwendungsdaten gesammelt werden, sodass das Auslegen der Werkzeuge für die entsprechende Anwendung kompliziert und langwierig war. Heute werden die programmierten Pfade in der Regel direkt mit dem Werkzeug ausgeliefert, sodass das Werkzeugsystem beim Kunden unkompliziert und schnell, ohne eigene Programmiertätigkeiten, in der Maschine eingesetzt werden kann.

Das Entgratsystem setzt sich dabei aus einem sphärischen Entgratfräser (Back-Burr Cutter) und einem NC-Datensatz (Path) zusammen. Beide Komponenten sind dabei so perfekt aufeinander abgestimmt, dass sich synergetische Effekte ergeben, die auf dem Markt immer noch einzigartig sind.
Der Entgratfräser besteht dabei aus einem Micro-Grain Hartmetall mit hoch-hitzebeständiger AlTiCrN-Beschichtung und spiralförmigen Schneiden mit für die Entgratbearbeitung optimierter Geometrie. Entsprechend der zu bearbeitenden Bohrungskontur (Größe und Form) wird zum Fräser ein kundenspezifischer NC-Datensatz (Path) erstellt. Gegenüber anderen auf dem Markt erhältlichen Entratwerkzeugen, die insbesondere bei extremen Verhältnissen an ihre Grenzen stoßen,  kann der Back-Burr Cutter durch den NC-Datensatz nahezu jede beliebige Kontur, ohne Sekundärgrat zu erzeugen, entgraten.

Ein Werkzeug für mehrere Bohrungsdurchmesser und Anwendungen

Bild: Die verschiedenen Typen des Back-Burr Cutters in der Übersicht.
vlnr. Typ A mit AlTiCrN-Beschichtung und abgesetztem Schaft für mehr Stabilität, erhältlich ab 0,8 mm bis zu 9,8 mm Durchmesser. Dann der unbeschichtete Typ A-N mit extrem scharfer Schnittgeometrie und daher ideal für den Einsatz in Nichteisenmetallen, Kunststoffen und Composite-Materialien, ebenfalls ab 0,8 mm bis zu 9,8 mm Durchmesser verfügbar. Daneben der neu entwickelte dreischneidige Entgratfräser für den „Allround-Einsatz“ und einer noch höheren Lebensdauer. Dieser Fräser ist ebenfalls bereits ab 0,8 mm bis zu 5,8 mm Durchmesser erhältlich. Ganz rechts der Back-Burr Cutter Typ B mit durchgehendem Schaft für Entgrataufgaben an schwer zugänglichen Stellen.

Bauteile werden immer komplexer, sodass auch die Entgratbearbeitungen immer diffiziler zu bewerkstelligen sind und immer neue Herausforderungen entstehen. Für das CNC-Entgraten werden auf dem Markt im Grunde nur zwei Arten von Werkzeuglösungen angeboten. Zum Großteil sind dies Werkzeuge, die lineare Bewegungen ausführen und dabei rotieren. Eine effektivere Variante ist die konturparallele Bearbeitung mit dem Back-Burr Cutter, der sich somit viel flexibler einsetzen lässt.
Dank des Werkzeugpfads (NC Datensatz), der für jede Anwendung generiert und zusammen mit dem Werkzeug ausgeliefert wird, ist dies beim Back-Burr Cutter möglich. Aus diesem Grund kann ein Typ des Back-Burr Cutters für sämtliche Entgratungsanforderungen verwendet werden, unabhängig von Größe und Form der Kontur. Das Entgratsystem ist deshalb in der Lage, nicht nur einfache orthogonale Querbohrungen sondern auch komplizierte Konturen wie außermittige Bohrungen, Bohrungen in Winkellage, unterbrochene Bohrungen, Langlöcher, Gewindeaustritte und sogar 3D gekrümmte Konturen effizient zu bearbeiten. Während bei der konventionellen Bearbeitung beispielsweise für verschiedene Bohrungsdurchmesser mehrere Werkzeuge benötigt werden, genügt bei diesem Entgratsystem bereits eine Fräservariante für verschiedenste Durchmesser. Um den Back-Burr Cutter noch variabler einsetzen zu können, wurde das Portolio an Fräsern nach und nach um weitere Varianten ergänzt, sodass mittlerweile vier verschiedene „Typen“ für die Bearbeitungen von Nichteisenmetallen, Kunststoffen, Composite-Materialien bis hin zu Superlegierungen angeboten werden.

Bild: Im Grunde eine unmögliche Entgratung mit herkömmlichen, rotierenden Entgratwerkzeugen. Nur im Zusammenspiel von Entgratfräser und CNC-Programm lässt sich eine solche asymmetrische Kontur am unebenen Bohrungsaustritt prozesssicher entgraten. Obwohl das Aluminiumgussteil eine definierte Entgratung erschwert, war der Kunde begeistert.

Da die Bewegung des Fräsers simultan in 3-Achsen gesteuert wird, ist im Regelfall nur ein einziger Durchgang (Ausnahme Gewindeaustritte) nötig, um die Entgratbearbeitung (unabhängig vom Material) in Perfektion abzuschließen.
Um die perfekte Synsergie aus Fräser und NC-Datensatz zu garantieren, wird die Erstellung des NC-Datensatzes standardmäßg vom Entgratspezialisten KEMPF aus Reichenbach-Fils  übernommen. Für komplexe Anwendungen erstellt KEMPF sogar Sonderpfade. Diese Pfade haben mehrere Vorteile, die die Anwendung mit dem Back-Burr Cutter immer noch enzigartig machen. Bei Werkzeugen, die durch ihre lineare Bewegung und durch Drehbewegung funktionieren, besteht stets die Gefahr, dass ungleichmäßge Kantenfasen erzeugt oder Grate nicht vollständig entfernt werden. Hauptsächlich kommt es hierbei auf den Bearbeitungswinkel der Schneide an, der bei herkömmlichen Entgratanwendungen nicht oder nur sehr begrenzt verändert werden kann. Der optimale Schnittwinkel wird beim Back-Burr Cutter durch den erstellten NC-Datensatz für jeden einzelnen Koordinatenpunkt schon im Vorfeld berechnet,  sodass kein Sekundärgrat entsteht. Zum anderen wird, als einzige Werkzeuglösung auf dem Markt, der Eingriffspunkt an der Schneide des Fräsers während der Bearbeitung versetzt, sodass die gesamte Kante ausgenutzt und nicht punktuell abgenutzt wird. Diese Optimierung verhindert den vorzeitigen Werkzeugverschleiß und verlängert die Lebensdauer des Fräsers erheblich. So wurden bei Kundenprojekten der Firma KEMPF bei der vorder- und rückseitigen Entgratung eines Aluminiumbauteils mit niedrigem Siliziumgehalt Standzeiten von bis zu 50.000 Bohrungen erzielt. In C45 Stahl bei Bohrungsdurchmesser 4 mm und dem Back-Burr Cutter Typ A mit 3,3 mm Durchmesser, wurden ganze 3.600 Bohrungen an Vorder und Rückseite sekundärgratfrei entgratet.
Auch die Geschwindigkeit des Entgratvorgangs ist bemerkenswert, wodurch beim Austausch des vorhandenen Entgratwerkezugs und mit Einsatz des Back-Burr Cutters so gut wie immer erhebliche Produktivitätsvorteile entstehen. So konnten die Bearbeitungsschritte zum Entgraten von Querbohrungen an einer Ventil-Welle von drei Schritten auf einen einzigen Bearbeitungsschritt mit dem Back-Burr Cutter Typ A reduziert und die Entgratzeit pro Bohrung um 9 Sekunden verkürzt werden. Bei einem komplexeren Roboterbauteil aus Edelstahl wurde die bisherige manuelle Entgrattätigkeit komplett eliminiert und die gesamte Engratzeit von 120 Sekunden auf nur noch 40 Sekunden reduziert.

Seit Markteinführung im Oktober 2017 setzt sich das Entgratsystem mehr und mehr durch und ist ein echter Problemlöser vor allem bei diffizilen Entgratungen, bei denen andere Werkzeugsystem aufgeben. Von Kunden kommen deshalb oft begeisterte Rückmeldungen.

Bild: Die Synergie aus Kugelfräser des Typs BXC-98-A mit 9,8 mm Durchmesser und dem programmierten NC-Datensatz garantiert bei Extrudermaschinen aus Aluguss für die Kunststoffverarbeitung die exakt reproduzierbare Entgratung der definierten Innenkontur an der Kreuzbohrung. Durch die einzigartige Eigenschaft, den Eingriffspunkt zum Werkstück während der Bearbeitung zu versetzen, können bei jeder Bearbeitung sehr lange Standzeiten erreicht werden.

Steffen Hedrich, Geschäftsführer der KEMPF GmbH, berichtet über eine Beispielanwendung, bei der dem Kunden einen echten Mehrnutzen generiert werden konnte. „Für ein komplexes Automobilbauteil aus Aluminium-Guss, das in einer mittelgroßen Serie von etwa 400.000 Stück über sieben Jahre hinweg produziert werden sollte, fehlte für die endgültige Freigabe die geforderte definierte Entgratung von zwei innenliegenden Querbohrungen, die eine asymmetrische Kontur aufwiesen“, so Steffen Hedrich.  „Aufgrund der hohen Stückzahl sollte die Entgratung zudem vollautomatisch direkt in der Maschine erfolgen. Trotz einer Vielzahl von Tests mit unterschiedlichen Werkzeugen auf dem Markt, konnten kein anderes Werkzeug den Anforderungen gerecht werden“, führt er weiter aus. Die Problemlösung war das Back-Burr Cutter & Path Entgratsystem, welches jegliche Erwartungshaltung beim Kunden übertraf. 

Bild: Ausschnitt der Bohrungs- sowie der Kreuzbohrungskonturen im Inneren des Bauteils – links vor der Bearbeitung und rechts nach der Bearbeitung mit dem Back-Burr Cutter & Path Entgratsystem. Durch den NC-Datensatz kann der Kugelfräser auch diese 3D-Kontur sekundärgratfrei über alle Bauteile hinweg entgraten.

Die gewünschten Bearbeitungen konnten prozesssicher und mit gleichbleibender Qualität über viele tausend Bauteile hinweg bewerkstelligt und die Gesamtzeit der Bauteilbearbeitung signifikant verbessert werden. „Der maschinelle Zeiteinsatz stieg zwar von 1:00 min auf 1:24 min, wurde jedoch durch den Wegfall sämtlicher manueller Tätigkeiten (zur Entgratung und zur Prüfung) mehr als kompensiert“, ergänzt Steffen Hedrich. Auf Grund der technischen Entgratlösung konnte der gesamte lösbare Grat ohne zeitintensive Zwischenschritte in der Maschine entfernt werden, was einen immensen Kostenvorteil einher brachte.

Bild: Die Oberseite des Actuator-Housings in der Nahaufnahme. Das Bauteil aus Magnesium-Guss besitzt viele Bohrungen und daraus entstehende Konturen, die entgratet werden müssen. Durch diese Komplexität wurde zu Beginn der Produktion vieles per Hand entgratet. Erst durch den Einsatz des Back-Burr Cutter & Path Entgratsystems konnten mit dem Kugelfräser-Typ BXC-33-A und dem Typ BXC-48-A die Innenkonturen maschinell bearbeitet und komplett entgratet werden. 

Für die Bearbeitung eines Actuator-Housings (Lenkgetriebegehäuse) aus Magnesium für den Automobilbereich war die maschinelle Entgratung sogar Wunsch des Endkunden. Mit einer Auflage von 200.000 Stück pro Jahr war dies für den Produzenten keine leichte Aufgabe, denn die dafür benötigten Werkzeuglösungen waren schlichtweg (noch) nicht vorhanden. Die Hauptschwierigkeit stellte dabei die Entgratung einer annähernd elliptischen Innenkontur dar, deren Bearbeitung mit handelsüblichen Entgratwerkzeugen nicht umsetzbar war. Der zuständige Außendienst des Entgratspezialisten KEMPF, Dominik Wiesner, verwies auch hierfür auf das Entgratsystem, welches die zuvor unlösbar scheinende Entgrataufgabe ohne Probleme meisterte und bei dem Magnesium-Bauteil eine Standzeit von ca. 20.000 Teile pro Kugelfräser erreichte.

Bild: Ausschnitt des optischen Sensorbauteils – gut zu erkennen ist die mit dem Back-Burr Cutter & Path Entgratsystem entgratete Innenkontur der Hauptbohrung.

Spannend war auch die Aufgabe, Prototypen für hochkomplexe optische Sensorbauteile, die in Satelliten zum Einsatz kommen, zu entgraten. Da hierbei höchste Präzision und Fertigungsqualität die Voraussetzungen sind, war die komplett maschinelle und gratfreie Herstellung obligatorisch. Doch gerade bei der maschinellen Entgratung der vielen Bohrungen mit teilweise asymmetrischen und gewölbten Konturen, war der Produzent auf entsprechende Werkzeuglösungen angewiesen, auf die bis dato noch nicht zurückgegriffen werden konnte. Da die Anwendung so komplex war, wurde von KEMPF hierfür eigens ein Sonderpfad programmiert und der Back-Burr Cutter mit Durchmesser 3,8 mm verwendet. Der schlanke Schaft sorgte dabei für den nötigen Zugang, um die gesamte Kontur abfahren und bearbeiten zu können. Um das perfekte gratfreie Ergebnis an allen Konturen zu erreichen, wurden bei diesem Bauteil in Summe fünf Entgratwerkzeuge eingesetzt, sodass die hohen Qualitätsanforderungen ohne jegliche manuelle Nachbearbeitung erreicht wurden.

Bild: Der Pfad macht den Unterschied. Im Gegensatz zu Standard- bzw. selbst erstellten NC-Programmen bietet der von KEMPF erstellte Pfad (NC-Datensatz) viele Vorteile, die den großen Unterschied ausmachen. So wird hierbei nicht nur der Schnittwinkel für jeden einzelnen Koordinatenpunkt schon im Vorfeld so berechnet, dass kein Sekundärgrat entstet, sondern der Eingriffspunkt an der Schneide des Fräsers wird während der Bearbeitung so versetzt, dass die gesamte Schneidkante ausgenutzt wird und nicht nur punktuell verschließt – einzigartig am Markt. So sind immense Standzeiten selbst in schwer zerspanbaren Materialien möglich.

KEMPF als Lieferant für eine Vielzahl von Entgratwerkzeugen, setzt den Back-Burr Cutter vor allem dann ein, wenn mit herkömmlichen Standardwerkzeugen keine brauchbaren Ergebnisse erzielt werden können. Denn abseits der zum Großteil „einfachen“ Anwendungen gibt es dennoch immer wieder Anfragen von Kunden, die auf Grund von fast nicht zugänglichen Bohrungsüberschneidungen oder komplexen Konturen auf kein Standardwerkzeug zurückgreifen können oder die bisherigen Werkzeuglösungen einfach kein prozesssicheres, definiertes und vor allem sekundärgratfreies Ergebnis liefern. KEMPF ist hierbei gerne der kompetente Lösungsfinder auch abseits des Standardportfolios und kann auch bei schwierigen Voraussetzungen zum gratfreien Bauteil direkt von der Maschine verhelfen.  

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