Mit. von Hubert Winkler

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1 PRÄZISIONSWERKZEUGE CVD-Dia Kosten in den Mit von Hubert Winkler Bei Mahle-König in Rankweil treffen sich in der Fertigung modernste, hochleistungsfähige Motorentechnologie und moderne Hochleistungswerkzeuge. In der Aluminiumzerspanung von Zylinderblöcken brillieren die Diamant schneiden des Innsbrucker Werkzeugspezialisten TiroTool mit bisher nie erreichten Einsparungen bei den Bearbeitungskosten und mit höchster Prozesssicherheit. Kostensenkungen im guten zweistelligen Bereich in der Serie können sich sehen lassen und werden in der Automobilindustrie nicht unbemerkt bleiben. 64

2 mant Keller Zwei CVD-D-Schneiden Typ Habicht 08 mit Spanleitstufe TiroWave von TiroTool in einem Präzisionsausdrehkopf zur Bearbeitung von Zylinderbohrungen. D as seit 1946 in Vorarlberg ansässige Unternehmen Mahle-König mit seinen 380 Mitarbeitern und rund 50 Millionen Euro Umsatz in 2012 ist Teil der international tätigen Mahle-Gruppe mit weltweit etwa Mitarbeitern an 100 Produktionsstandorten und über 6 Milliarden Euro Umsatz. Das 1920 gegründete Unternehmen Mahle schrieb seine Erfolgsgeschichte mit unzähligen revolutionären Entwicklungen im Automobilbereich vor allem mit Kolben und Motorblöcken aus leichtem Aluminium, Grundlage für die heute zu erzielenden Leistungsbereiche und die Dynamik mo 65

3 PRÄZISIONSWERKZEUGE Wolfram Ehrne, bei Mahle-König zuständig für die Prozessoptimierung in der Zylinderfertigung: Bei diesem Zweizylinder haben wir das Potential der CVD-DSchneiden in seiner ganzen Bandbreite erkannt. Die Spanleitstufe TiroWave in der Habicht 08-Schneidplatte von TiroTool verringert bei den ungünstigen und wechselnden Schnittbedingungen in den Zylinderbohrungen den Schnittdruck ganz entscheidend. Zylinderkopfdichtfläche mit CVD-Dbestücktem Planfräser in einem Zug geschlichtet. Beste Oberfläche mit bestem Preis/Leistungsverhältnis. TiroMill Planfräser mit 160 mm Durchmesser mit zehn Kassetten und zehn CVD-D-Schneidplatten bestückt. 66 derner Automobilmotoren, ebenso wie mit moderner Filtertechnik. Jedes zweite weltweit produzierte Automobil fährt heute mit Mahle-Komponenten. Motoren für Freizeit und Weltmeistertitel Mahle-König ist spezialisiert auf die Entwicklung und Fertigung von Zylindern, Zylinderköpfen und Kolben, sowie Kolbenringe im Zwei- und Viertaktbereich in den Antriebsaggregaten von vor allem Freizeitmobilen. Das Spektrum dieser Motoren geht dabei von 50 cm³ und 10 PS bis cm³. Der leistungsfähigste Motor aus MahleKönig Komponenten hat cm³ und leistet 180 PS. Stolz ist man in Rankweil auch darauf, dass man zusammen mit Schlüsselkunden in den vergangenen Jahren 29 Weltmeisterschaftstitel in Formel 1, CART (Championship Auto Racing Teams Inc., USA), IRL (Indy Racing League), MX (Motocross) und Kart gewonnen hat. In Rankweil werden Kolben aus Aluminium mit bis zu 24 Prozent Silizium gefertigt, Zylinder aus Alu mit 7 bis 13 Prozent Si und Kolbenringe aus speziellem Eisenguss. Für die Komplettbearbeitung der Ringe hat man wegen ihrer Labilität im Fertigungsprozess komplexe und ausgeklügelte Verfahren entwickelt. In der Zylinderbearbeitung, wie zum Beispiel von einem Zweizylinder mit 80 mm Bohrung im mittleren Leistungsbereich für ATV mit Rädern oder Ketten werden Alugussteile aus dem Werkstoff AlSi8Mg in zwei Spannlagen (Aufspannungen) gefertigt. Eine Bearbeitungsoperation ist das Ausdrehen der Zylinderlaufflächen mittels eines auf diesen Durchmesser feingewuchteten Sonder HSK63A-Ausdrehkopfes, bestückt mit zwei feinjustierbaren CVD-D-Schneiden Habicht 08 von TiroTool mit Spanleitstufe TiroWave. Ausgedreht wird in zwei Schnitten mit ap = 2,5 mm + 0,3 mm, gekühlt wird mit IKZ. Ziele der Umstellung von glatten PKD Schneiden auf CVD-D-Schneiden mit Spanleitstufe waren: Optimaler Spanbruch, keine zerkratzten Oberflächen, keine Gratbildung und vor allem die Reduzierung der Bearbeitungskosten. Spanleitstufe TiroWave verringert Schnittkräfte Glatte PKD-Schneidplatten haben den Nachteil, dass der Span mit einem Winkel von 90º auf die Schneide trifft und hohen Schnittdruck erzeugt. Hoher Schnittdruck führt aber im Zylinderumfang mit unterschiedlichen Stabilitäten und teils geringen Wandstärken zu ungünstigen Eingriffsverhältnissen. Trotz der Bauteilinhomogenität, es kommen noch Aussparungen im unteren Bereich dazu, ist eine Durchmessertoleranz von ± 8 µm sicher zu halten. Die TiroWave Spanleitstufe der CVD-D-Schneidplatte mit einem Spanwinkel von 20º- 25º verringert den Schnittdruck entscheidend und damit auch den Verschleiß. Leichterer Schnitt ermöglicht auch höhere Schnittgeschwindigkeiten und größere Vorschübe. Und da CVD-D gegenüber PKD nahezu die doppelte Härte, bzw. Verschleißfestigkeit hat, sind noch höhere Schnittgeschwindigkeiten möglich. Je höher die Schnittgeschwindigkeit, desto geringer werden die spezifischen Schnittkräfte

4 Ein Vielfaches ihrer Mehrkosten eingespart Alle Ziele wurden erreicht. Eine definierte Grundrauheit der Oberfläche wird über die gesamte Standzeit eingehalten, diese ist notwendig zur Haftung der nachfolgenden Beschichtungen. Die Maßhaltigkeit und die Formgenauigkeit der Zylinderbohrung wurden verbessert, ebenso wie die Prozesssicherheit. Die Nebenzeiten verringerten sich erheblich und durch höhere Bearbeitungsparameter auch die Bearbeitungszeit. Die positiven leistungssteigernden Eigenschaften des Schneidenwerkstoffs CVD-D ermöglichen somit an allen Parameter-Stellschrauben zu drehen und ein Optimum auf höherer Ebne zu erzielen. Mussten vorher die PKD-Schneidplatten täglich gewechselt werden, so reicht heute ein Plattentausch einmal in der Woche bei einer weitaus höheren Wochenstückzahl. Die teureren CVD-D-Schneiden haben damit ein Vielfaches ihrer Mehrkosten wieder als Einsparung eingespielt und die Prozesssicherheit zusätzlich verbessert. Großer Mehrwert Zweites Beispiel für außerordentliche Einsparungen durch Einsatz des Hochleistungsschneidsstoffs CVDDiamant ist das Schlichtfräsen der Brennraumfläche an Zylinderköpfen. Bei dieser Fräsoperation hatte man zum Ziel, die Bearbeitungskosten zu senken, die Oberflächenqualität zu verbessern und die Gratbildung zu minimieren. Der Werkstoff, der im Jahr zu bearbeitenden Bauteile ist AlSi1Cu, der beim Fräsen zum Schmieren und zu Aufbauschneidenbildung neigt. Geschlichtet wird in einem Schnitt über die ganze Breite mit einem ap von 0,5 mm. Eingesetzt wurde bisher ein Kassettenfräser mit 160 mm Durchmesser, bestückt mit 24 PKD-Schneiden. Dieser wurde abgelöst durch einen TiroMill Kassettenfräser mit ebenfalls 160 mm Durchmesser mit HSK63A, jedoch mit nur 10 CVD-DStandard-Schneidplatten. Die Schnittgeschwindigkeit wurde wegen 24 zu 10 Schneiden von Vc m/min um 36 % auf Vc mm/min abgesenkt und gleichzeitig der Vorschub pro Schneide Fz von 0,023 auf Fz 0,086 erheblich erhöht. Die Vorschubgeschwindigkeit von Vf mm/min und die Bearbeitungszeit Th 0,033 min bleiben gleich. Allerdings verbesserte sich die Oberflächengüte der Zylinderkopfdichtfläche von bisher Ra = 0,8 µm auf Ra = 0,6 µm und die Standmenge pro Schneidensatz erhöhte sich von Teilen auf Teile. Sonderwerkzeugfähigkeit bewiesen Mit einem anderen Werkzeug beweist TiroTool nicht nur Kosteneinsparspotentiale, sondern auch seine hervorragende Sonderwerkzeugfähigkeit. Bei einigen Kopfflanschflächen von Zweizylindern überschritt die Breite den maximal möglichen Fräserdurchmesser zum Einwechseln in das Kettenmagazin des SW-Doppelspindlers. Nötig wäre ein Durchmesser von 186 mm, es stehen aber nur 160 mm zur Verfügung. Für ein homogenes Fräsbild der Dichtfläche ist aber eine Bearbeitung über die ganze Breite in einem Zug notwendig. 67

5 PRÄZISIONSWERKZEUGE Zur Bearbeitung einer Kopfflanschfläche mit 186 mm Breite wurde eigens ein spezieller Butterflyfräser entwickelt, der in der Diagonale die 186 mm abdeckt, aber wie ein 160er Fräser in das Kettenmagazin eingewechselt werden kann. Auch bei diesem Einzylinder wir die breite Kopfflanschfläche mit dem Butterfly in einem Zug gefräst. Homogenes Dichtflächenbild mit geringer Oberflächenrauheit für beste Dichteigenschaften. Srecko Sebjanic, der bei Mahle König in Rankweil zuständige Prozessplaner in der Zylinderfertigung, hatte da eine Idee: Man müsste einen Planfräser konstruieren, der zwar einen Bearbeitungsdurchmesser von 186 mm abdeckt, aber wie ein 160er in das Magazin eingewechselt werden kann und bei dem die in anderen Fräsern eingesetzten Standard-CVD-D-Schneidplatten und die Kassetten übernommen werden können. Er entwickelte in einer Ideenskizze den Entwurf eines Butterflyfräsers allerdings mit nur vier möglichen Schneiden. Die Machbarkeit der Idee lag nun bei TiroTool. Drei Fragen mussten vor allem geklärt werden: Reicht die Stabilität aus? Sind vier Schneiden ausreichend? Läuft die Operation prozesssicher? TiroTool konstruierte einen Alu-Grundkörper mit vier Schneiden an den Ecken des Butterflys und erarbeitete mit SW zusammen in einer Kollisionsbetrachtung die Lösung. Mit einem richtig positionierten Mitnehmer konnte das Werkzeug in definierter Spindellage in der Kette platziert werden. Das Ergebnis, mit nur einem Schnitt, allerdings wegen der nur vier Schneiden mit verringertem Vorschub fahren zu müssen, war alle mal besser, als mit zwei Schnitten und einem unsauberen Fräsbild eine inhomogene Dichtfläche für die Kopfdichtung aus Stahl zu erzeugen. Damit beantworteten sich die drei Fragen nach Stabilität, ob vier Schneiden reichen und nach einem sicheren Prozess. W Im Butterfly werden die gleichen CVD-D-Standard-Schneidplatten und Kassetten eingesetzt wie in den anderen Planfräsern. Die stabile Einbettung der Kassette sorgt für hohe Prozesssicherheit. Wolfram Ehrne, und Srecko Sebjanic von Mahle-König sowie Gerhard Krösbacher, Geschäftsführer bei TiroTool in Innsbruck: Wir haben bei unterschiedlichen Bearbeitungsverfahren unserer Aluminiumzylinder und Zylinderköpfe Einsparungen und andere Vorteile erzielt, die wir in dieser Höhe nicht erwartet hätten

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