Neue Strategie

Bei einem Zulieferer für die Automobilindustrie beeinflusste das Fräsen von Freiformflächen an den Außen- und Innenkanten eines Gesenks aus hochfestem Stahl die Herstellkosten in hohem Maße. Deswegen wurde nach einem Weg gesucht, die bisherigen Bearbeitungen mit Rundplattenwerkzeugen wirtschaftlicher zu gestalten. Durch die enge Zusammenarbeit zwischen den Zerspanungsspezialisten des Anwenders und des Werkzeuglieferanten wurde eine neue Strategie entwickelt, mit der sich die Hauptzeit um 35 Prozent reduzieren ließ.

Als Spezialist für die Kaltumformung von Blechen, Rohren und Profilen beliefert die Firma Eckold in St. Andreasberg/Harz die Industrie und das Handwerk mit Standard- und Sonderwerkzeugen. Ein Beispiel für die Kompetenz des 130 Mitarbeiter beschäftigenden Unternehmens ist die Lieferung von Umformwerkzeugen für den Radkasten einer PKW-Hinterachse. Bei dem Gesenk aus hochfestem Stahl, Festigkeit 800 N/mm², ist das Fräsen der Freiformflächen an den Außen- und Innenkanten ein in hohem Maße die Kosten und Qualität bestimmender Arbeitsgang. Dies gilt besonders für die gerundete Außenkontur mit ihren ebenen Schraubflächen. Sie muss mit einem Aufmaß von 0,3 mm zur Endkontur für die abschließende Schlichtbearbeitung vorbereitet werden. Das bisherige Vorschruppen und Vorschlichten mit Rundplattenwerkzeugen eines namhaften Werkzeugherstellers dauerte Fertigungsleiter Klaus Bremer viel zu lange. Auch die Standzeiten konnten nicht befriedigen, so dass er und sein Team nach neuen Wegen zum Bearbeiten des Umformwerkzeuges suchten. Da die Firma Eckold zahlreiche Ingersoll-Fräser unterschiedlicher Bauart im Einsatz hat, sind zwischen beiden Unternehmen neben dem regelmäßigen Erfahrungsaustausch auch Diskussionen über grundlegende Anwendungen und Frässtrategien nahezu selbstverständlich. Deshalb war es auch nahe liegend, dass Fertigungsmeister Henning Stelter die Vorschläge von Wolfgang Schuppe, Technischer Berater bei Ingersoll, in seine Überlegungen mit einbezog. Bislang wurde das Umformwerkzeug mit einem Aufsteckfräser 35 mm Ø und Rundplatten 10 mm Ø bei einer Schnittgeschwindigkeit vc = 180 m/min, einer Drehzahl n = 1.640 1/min, einem Vorschub vf = 1.500 mm/min und einer Schnitttiefe von ap = 1,5 mm in 1 Stunde und 36 Minuten geschruppt. Die Ingersoll-Strategie für die Konturbearbeitung basierte auf drei Schritten: Schruppen, Vorschlichten und Schlichten. Für den entscheidenden Arbeitsgang Schruppen empfahl Wolfgang Schuppe den Schrupp-Kopierfräser FormMaster-Speed mit 32 mm Ø und drei Wendeschneidplatten. Bei der Fräseraufnahme SK 50 und der Auskragung von etwa 80 mm konnte vorausgesetzt werden, dass das Werkzeug auch bei höherem Vorschub vibrationsfrei und mit der gewünschten Genauigkeit arbeiten würde. Für den ersten Step, das Schruppen des Radius mit 24 mm und der Höhe von 155,4 mm kam ein vorhandenes Standardwerkzeug FormMaster-Speed 15V1E zum Einsatz. Damit wurde die obere Kontur bis auf ein Aufmaß von 2 bis 3 mm abgefräst, so dass im zweiten Step mit einem weiteren Ingersoll Schaftfräser 25 mm Ø, Typ HiPos 12J1F das Aufmaß von 0,5 mm für die Schlichtbearbeitung herausgearbeitet werden konnte. Die Baureihe der Einschraub- und Aufsteckfräser FormMaster-Speed wurden speziell zum Schruppen und Vorschlichten von 2D- und 3D-Konturen entwickelt. Die Einschraub-Kopierfräser Typ 15 V1E sind in sieben Ausführungen für Durchmesser von 20 bis 42 mm mit zwei, drei oder vier Wendeschneidplatten lieferbar. Das besondere Merkmal der zweischneidigen Wendeschneidplatten ist die umlaufende, positive Spanleitstufe. Sie ergibt einen positiven Axialwinkel von 10°, der wiederum einen extrem weichen Schnitt gewährleistet, bei dem die Zerspankräfte überwiegend in axialer Richtung abgeleitet werden. Durch die Länge der Wendeschneidplatte von 8 oder 13 mm und die starke Klemmung mit Hintergriff im Plattensitz sind Schnittgeschwindigkeiten von 160 bis 200 m/min bei legiertem Stahl und 200 bis 350 m/min bei Grauguss problemlos möglich. Die Fräser sind für Schnitttiefen bis 1,5 mm ausgelegt und dank ihrer Steifigkeit und Plattengeometrie auch hervorragend zum Zerspanen von Chrom-Nickel-Stählen geeignet. Durch das günstige Verhältnis des Durchmessers der Wendeschneidplatte D zur Spantiefe ap lassen sich Zahnvorschübe von fz = 1,5 bis 3 mm/Zahn fahren. Der Kopierfräser FormMaster-Speed Typ 15 V1E mit 32 mm Ø wurde unter gleichen Schnittbedingungen wie das Wettbewerbsfabrikat auf einem Bearbeitungszentrum Deckel Maho 125 P Hi-dyn mit Spindelaufnahme SK 50 und 30 kW Antriebsleistung eingesetzt: Schnitttiefe ap = 0,7 mm, Schnittgeschwindigkeit vc = 180 m/min und Drehzahl n = 1.800 1/min. Allerdings erlaubte der Ingersoll-Fräser mit vf = 8.000 mm/min und fz = 1,5 mm/Zahn eine deutlich höhere Fräsgeschwindigkeit. Daraus resultiert eine Zeitersparnis von 35 Prozent gegenüber dem vorher eingesetzten Werkzeug. Ebenfalls als sehr positiv wurde die hohe Standzeit des FormMaster-Speed vermerkt. Selbst nach einer Hauptzeit von 50 Minuten war nahezu kein Verschleiß feststellbar, der in absehbarer Zeit einen Plattenwechsel erforderlich machen würde. Unabhängig von den dadurch deutlich reduzierten Werkzeugkosten wirkte sich ein weiterer Faktor positiv auf den Maschinenstundensatz aus: Selbst bei dem extrem hohen Vorschub von 8.000 mm/min wurde nur eine Spindellast von 20 Prozent angezeigt. Nach den ersten Versuchen war Fertigungsleiter Klaus Bremer mit den Ergebnissen sehr zufrieden: „35 Prozent Zeitersparnis beim Vorschruppen sind ein bemerkenswert gutes Ergebnis. Es bestärkt uns darin, auch die Schlichtbearbeitung nach der bereits diskutierten Strategie zu fahren. Wir sind davon überzeugt, dass wir gemeinsam mit Ingersoll eine Lösung finden, die uns kostenmäßig die nötige Basis liefert, um dem Druck unserer Kunden begegnen zu können. Im Zuge dieser Optimierungsschritte wird dann die gesamte Fräsbearbeitung des Gesenks neu untersucht und gewichtet. Dazu gehört auch die Definition einer neuen Werkstückspannung, damit die Umformwerk-zeuge schnell und exakt auf einer Magnetspannplatte fixiert werden können“.

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