• Firma: MAPAL Dr. Kress KG
  • Land: Deutschland
  • Artikel vom: 10 April 2013
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  • Kategorie(n): WERKZEUG FERTIGUNG
  • Die neuen Problemlöser: Hybridwerkzeuge

    Die neuen Problemlöser: Hybridwerkzeuge
    Die neuen Problemlöser: Hybridwerkzeuge

    Verbesserungen lassen sich auf vielfältige Weise erreichen. Spannend ist es, wenn bekannte Technologien kombiniert mit neuen Möglichkeiten zu ganz neuen Lösungen führen. Der vorliegende Bericht zeigt dies beispielhaft.

    Zunächst erreicht das Kompetenzzentrum für PKD-Werkzeuge in der Mapal Gruppe, Mapal WWS in Pforzheim, durch gelaserte Schneiden eine hohe Stabilität bei Außenbearbeitungswerkzeugen. Durch die Kombination von Zerspansystemen wiederum ergeben sich Vorteile im Handling, der Wiederaufbereitung und vor allem der Leistungsfähigkeit.


    PKD-Außenbearbeitungswerkzeug

    Die Erzeugung einer komplexen Außenkontur eines Schlauchanschlusses aus AlSi7 wurde von Mapal grundlegend optimiert. Das Bauteil wird auf einem vierspindligen Bearbeitungszentrum in hohen Stückzahlen gefertigt, Prozesssicherheit und die Qualität der bearbeiteten Fläche müssen daher gewährleistet sein. Die komplette Außenkontur muss gefertigt werden. Der Kunde war mit der erzeugten Qualität des Bauteils unzufrieden, da es eine schlechte Oberfläche mit deutlich sichtbaren Rattermarken aufwies. Das ursprünglich eingesetzte Werkzeug war mit aufgeschraubten Schneideinsätzen aufgebaut. Die filigranen Schneideinsätze waren labil und mussten darüber hinaus einzeln eingestellt werden. Dies führte dazu, dass oftmals nur eine der beiden Schneiden tatsächlich im Eingriff war. Bei einer Drehzahl von 5.000 min-1 konnte ein Zahnvorschub von nur 0,1 mm gefahren werden. Die Spezialisten konstruierten ein Außenbearbeitungswerkzeug in Monoblockbauweise, um die Bearbeitung stabiler zu machen. Die Bauweise ermöglicht hohe Genauigkeiten in Länge und Durchmesser. Der Clou ist jedoch die Bearbeitung der Schneiden. Anders als bisher üblich werden diese Schneiden gelasert statt drahterodiert. Diese innovative Technologie hat bei Außenbearbeitungen signifikant positive Auswirkungen auf die Bearbeitungsqualität und Produktivität. Denn um in herkömmlicher Art die Schneidkonturen in Monoblockwerkzeugen drahterodieren zu können, muss der Grundkörper frei gefräst werden. Dadurch kann der Hinterbau der Schneide sehr instabil werden. In der Folge neigt das Werkzeug zum Vibrieren, die Schnittwerte müssen niedrig gehalten werden. Werden die Schneiden gelasert, bleibt der Schneidenunterbau stabil und Vibrationen wird vorgebeugt. Die verbesserte Werkzeugstabilität ermöglicht somit deutliche Steigerungen in der Bearbeitungsqualität und Produktivität sowie eine effektive Zweischneidigkeit.

    Im Einsatz wurden die Potenziale der neuen Werkzeuggeneration bestätigt. Das Bauteil zeigt nach der Bearbeitung eine ratterfreie Oberfläche sowie eine hohe Geometrietreue, und das bei deutlich erhöhten Arbeitswerten (n = 8.500 min-1, fz = 0,16 mm). Der Kunde hat mehrere positive Effekte durch den Einsatz des Mapal PKD-Außenbearbeitungswerkzeugs. Er spart Handlingskosten ein, da das komplizierte und aufwändige Einstellen entfällt. Das Monoblock-Werkzeug ist darüber hinaus in der Anschaffung fast 50 % günstiger als das Wettbewerbswerkzeug. Alles entscheidend aber ist das Erreichen höchster Durchmesser- und Längentoleranzen bei höheren Schnittwerten. Dadurch gelingt eine Taktzeitreduzierung von 23%.

    Kombination unterschiedlicher Zerspansysteme

    Maßgeschneiderte Kombinationswerkzeuge eröffnen ein hohes Potenzial für Produktivitätsgewinn und Prozesssicherheit. Im konkreten Fall eines Kunden sollten an einem PKW-Schwenklager aus AlSiMg1 zwei Anschlussbohrungen mit den Durchmessern 31 mm und 36 mm besonders wirtschaftlich vor- und fertigbearbeitet werden. Dies stellte die Werkzeugauslegung vor zwei Herausforderungen. Zum einen erforderte der niedrige Siliziumgehalt der Aluminiumlegierung ein innovatives Werkzeugkonzept, das für einen optimalen Spanbruch der ansonsten langen Fließspäne sorgt. Zum anderen musste, um die geforderten Taktzeitvorgaben einzuhalten, besonders produktiv vor- und fertigbearbeitet werden, da beide Durchmesser hohe Aufmaße aufwiesen. Die Schwaben haben zur Lösung der gestellten Aufgabe zwei Kombinationswerkzeuge entwickelt, die sowohl die Vorbearbeitung als auch die Fertigbearbeitung in einem Werkzeugkörper vereinen. Die Vorbearbeitung wurde bei beiden Werkzeugen als Vollbohrstufe mit wechselbaren ISO-Wendeschneidplatten ausgeführt. Die passende Schneidengeometrie sowie spiralisierte und zusätzlich polierte Spanräume mit einem Drallwinkel von 15° sorgen für einen prozesssicheren Spanbruch und Spantransport. Durch den großen Kernquerschnitt der Vollbohrstufe sind die Werkzeuge stabil und arbeiten besonders laufruhig. Im Anschluss an die Vollbohrstufen folgen dann die Stufen zur Fertigbearbeitung mit den festgelöteten PKD-Schneiden

    Prozessauslegung

    Bei der Prozessauslegung wurden die Bearbeitungen optimal auf die beiden Werkzeuge verteilt. Zunächst wird mit dem Werkzeug eins der große Durchmesser mit den Wendeschneidplatten mit einer Drehzahl von 5.000 min-1 und einer Vorschubgeschwindigkeit von 1.550 mm/min gebohrt. Dann bearbeitet die nächste Stufe am Ende der Bohrung eine Anspiegelung mit den entsprechenden Fasen. Mit dem Werkzeug zwei wird der kleine Durchmesser ins Volle gebohrt und mit den nächsten Stufen fertigbearbeitet und angefast. Die Schnittwerte für die Schlichtbearbeitung liegen bei 3.000 Umdrehungen pro Minute und einer Vorschubgeschwindigkeit von 4.000 mm/min. Danach wird mit diesem Werkzeug durch Zirkulieren die Fase am Bohrungsaustritt hergestellt. Die Zirkularbearbeitung findet mit 9.000 Umdrehungen und einer Vorschubgeschwindigkeit von 1.800 mm/min statt. Dasselbe Werkzeug fährt nun zum größeren Durchmesser, macht dort die Fertigbearbeitung der Bohrung und zirkuliert auch an dieser Bohrung die Fase am Austritt. Die Spezialisten aus Aalen haben bei dieser Bearbeitung sowohl bei der Prozess- als auch bei der Werkzeugauslegung die maximale Produktivität und Wirtschaftlichkeit erreicht. Üblicherweise werden mindestens vier Werkzeuge benötigt, um die Bearbeitungsschritte der beiden Kombinationswerkzeuge zu erledigen. Dazu sind die unterschiedlichen Zerspanungssysteme von Mapal so kombiniert, dass hervorragende Leistungsfähigkeit, einfaches Handling und wirtschaftliche Wiederaufbereitung gleichzeitig möglich sind.