• Land: Deutschland
  • Artikel vom: 19 Juni 2013
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  • Kategorie(n): Zerspanen, WERKZEUG ANWENDUNGEN, Werkzeuge nach Schneidstoffen
  • Kniffliges Kombiwerkzeug

    Kniffliges Kombiwerkzeug
    Kniffliges Kombiwerkzeug

    „Werkzeuge mit PKD-Schneiden kommen bei uns immer häufiger zum Einsatz“, erklären Gerhard Hirschberg und Dieter Dietl, Projektleitung und Arbeitsvorbereitung bei Schulte & Schmidt in Vohenstrauß in der Oberpfalz. „Das liegt zum einen an der hohen Wirtschaftlichkeit, zum anderen aber auch an den steigenden Anforderungen an die Genauigkeit. Wo es früher um hundertstel Millimeter ging, geht es heute um tausendstel. “Hinzu kommt, dass moderne Aluminiumlegierungen einen hohen, stark abrasiv wirkenden Si-Gehalt haben. Andere Schneidstoffe als PKD können in diesen Fällen nicht mehr mithalten, vor allem, wenn große Stückzahlen zu bearbeiten sind und es auf eine konstant bleibende Präzision ankommt. Aus diesen Gründen verfügen inzwischen etwa zwei Drittel der Werkzeuge bei Schulte & Schmidt über PKD-Schneiden. Noch vor zehn Jahren lag der Anteil bei wenigen Prozent. Und der Trend setze sich fort, sagen die Alu-Zerspaner in Vohenstrauß, vor allem auch in Richtung Kombiwerkzeuge und Komplettbearbeitung. Man kaufe heute immer weniger Einzelwerkzeuge, sondern vergebe die Bearbeitung ganzer Bauteile als Paket an die Werkzeuglieferanten.

    Schulte & Schmidt blickt auf über 60 Jahre Erfahrung mit dem Werkstoff Aluminium zurück. Während die anderen Standorte auch eine Gießerei betreiben, konzentriert man sich in dem 2008 hinzugekommenen Werk in Vohenstrauß ausschließlich auf die Zerspanung. Die Kundschaft kommt zum größten Teil aus der Automobilindustrie, wo Präzision eine genauso große Rolle spielt wie kurze Lieferzeiten. Beides setzt eine Fertigung auf dem neuesten Stand voraus – und verlässliche Partner.

    Problemlöser Kombiwerkzeug

    Dies bestätigte sich auch bei einem Automotive-Bauteil, bei dem zwei sehr unterschiedliche Durchmesser, 72H7 und 180g6, zu bearbeiten waren. Die Forderung: beide müssen exakt konzentrisch miteinander „laufen“. Die Fertigungsverantwortlichen in Vohenstrauß überlegten sich zunächst eine Lösung mit zwei Werkzeugen. Der Innendurchmesser sollte üblicherweise durch ein Spindelwerkzeug, der große Außendurchmesser durch Zirkularfräsen mit einem Schaftfräser bearbeitet werden. Der kleine Durchmesser bereitete keinerlei Probleme, aber beim Zirkularfräsen des großen Durchmessers ließen sich die geforderten Form- und Lagetoleranzen nicht einhalten. Einzige Alternative: ein Kombiwerkzeug, das beide Durchmesser in einem Arbeitsgang herstellt. An sich der gängige Ansatz, doch hier waren neben dem großen Durchmessersprung noch weitere Schwierigkeiten zu meistern. Der Raum im Werkzeugmagazin ist begrenzt, das Magazinieren eines zweiarmigen Werkzeugs mit 180 mm Bearbeitungsweite ist nicht möglich. Nur eine einschneidige Konstruktion mit einem Ausleger, also ein relativ unsymmetrisches Gebilde, erlaubt vollautomatische Werkzeugwechsel. Überdies verfügt die Bearbeitungsmaschine, ein Highspeed-Fräszentrum mit vier Achsen, über eine HSK40-Spindel. Für gewöhnlich ist ein Durchmesser von etwa 125 mm für diese Schnittstellengröße die Obergrenze.

    Was also tun?

    Schulte & Schmidt wandte sich wegen eines Bearbeitungskonzepts an die Werkzeugpartner. Der Umstand, dass man mit einem einarmigen Werkzeug auskommen musste, ließ Skepsis aufkommen. Am Ende sagte nur Walter zu, eine Lösung für diesen kniffeligen Fall zu liefern. Man kam überein, dass Schulte & Schmidt keine Kosten entstehen, sollte die Lösung des Tübinger Herstellers für Präzisionswerkzeuge nicht funktionieren.

    Zur Sicherheit: 3D-Simulationen

    Aber sie funktionierte. „Wir hatten schon mit ähnlichen Randbedingungen zu tun und waren demzufolge zuversichtlich, auch diese Aufgabe lösen zu können“, erklären Norbert Hillebrand und Manfred Lunz, Produktförderung PKD/cBN und Technische Beratung/Verkauf bei Walter. Der Werkzeugkörper wurde aus einem Qualitätsstahl mit hoher Scherfestigkeit gefertigt und der verhältnismäßig lange Ausleger für den 180er Durchmesser aus einer hochfesten Aluminiumlegierung. Um die Unwucht, die der Ausleger erzeugen würde, auszugleichen, erhielt der Werkzeugkörper einen Schwermetalleinsatz. Die Schneiden wurden auf einer Seite angeordnet, damit die Schnittkräfte bei gleichzeitiger Bearbeitung des Innen- und Außendurchmessers in dieselbe Richtung wirken. Dies trägt zu einer Beruhigung des Laufs bei. Bei einer anderen Schneidenanordnung bzw. Kräfteverteilung käme es eher zu Vibrationen. Die Werkzeugkonstrukteure entschieden sich für eine Kassettenlösung, um die Schneiden exakt justieren zu können. Mit diesen Designmerkmalen ausgestattet, sorgt das Werkzeug bei 1200 Umd/min. für eine optimale Qualität. Alle Abmessungen liegen innerhalb der geforderten Toleranzen, der Anwender spart durch die Kombilösung außerdem noch Werkzeugwechselzeiten. Aufgabe gelöst. Man kann mit einem einarmigen Werkzeug mit HSK40-Anschluss einen Durchmesser von 180 mm prozesssicher bearbeiten. Gerade in einem Fall wie dem vorliegenden, der aufgrund der Randbedingungen als fast nicht zu realisieren gilt und von anderen Werkzeugherstellern auch so eingestuft wurde, kommt es gleichermaßen auf das Know-how und auf eine gute Zusammenarbeit aller Prozessgestalter an. „Unsere Auftraggeber erwarten, dass unser Werkzeug zum Prozess passt“, erklären Norbert Hillebrand und Manfred Lunz, „das heißt beispielsweise für uns, dass wir die Peripherie genau unter die Lupe nehmen. Unter anderem machen wir im Vorfeld 3D-Betrachtungen am Bildschirm, um mögliche Störkanten zu ermitteln.“

    „Bei komplexen Projekten achten wir sehr auf die Kompetenz des Werkzeuglieferanten und wählen auch danach aus“, betont Gerhard Hirschberg. Es sei schon vorgekommen, dass man plötzlich an der Maschine improvisieren musste, weil das Werkzeug mit der Vorrichtung zu kollidieren drohte. Das wäre bei einem teuren PKD-Werkzeug der GAU schlechthin. „Das Paket Maschine/Vorrichtung/Werkzeug muss in jeder Hinsicht zusammenpassen, damit der Schneidstoff PKD zur Höchstform auflaufen kann“, bringt es Norbert Hillebrand auf den Punkt.

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