Werkzeuge für eine intelligente Bearbeitung bieten Energie- und Ressourceneffizienz

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1 Werkzeuge für eine intelligente Bearbeitung bieten Energie- und Ressourceneffizienz Kurt Brenner ISCAR Germany GmbH, Prokurist Manager Production & Design Coaching & Universities, Eisenstockstraße 14, D76437 Ettlingen Zusammenfassung Innovative Hochleistungswerkzeuge erfüllen die Anforderungen der Industrie, nicht nur nach Produktivität, die nach wie vor der Garant für die Wettbewerbsfähigkeit ist. Prozesssichere Standzeiten die eine störungsfreie Mehrmaschinenbedienung erlauben sind in Zeiten von Fachkräftemangel ein wichtiger Faktor geworden. Auch die Energieeffizienz, Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit spielen eine immer wichtigere Rolle bei der Kaufentscheidung. Der Energieverbrauch pro Bauteil ist die richtige Entscheidung. Aufgrund kürzerer Bearbeitungszeit und gesteigerter Produktivität, wird pro Bauteil weniger Energie verbraucht. Schlagworte: Zerspanung, Produktivität, Ressourceneffizenz 1 EINLEITUNG Die Entwicklung von modernen Werkzeugen ist auf Hochleistungszerspanung ausgerichtet. Die Produktivität ist noch immer der entscheidende Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit. Von den Werkzeugherstellern verlangt die metallbearbeitende Industrie einen Beitrag zur Energieeffizienz, der in erster Linie durch eine optimale Gestaltung der Makro- und Mikrogeometrie Rechnung getragen wird. Spannender noch ist die Frage nach Ressourceneffizienz. Gerade weil die für Schneidstoffe benötigten Rohstoffe, nicht unendlich zur Verfügung stehen und die Preise in den letzten Jahren enorm gestiegen sind. Eine intelligente Gestaltung der Wendeschneidplatten und deren Herstellung durch modernste Press- und Sintertechnologie reduzieren den Rohstoffverbrauch pro Schneide enorm. Damit können die Preise stabil bleiben und bei der Herstellung Energiekosten eingespart werden. 1

2 Brenner 2 DREHWERKZEUGE 2.1 Längs- und Plandrehen Gerade in diesem Bereich der Zerspanung sind durch Normung der Wendeschneidplatten Innovationen meist nur auf die Ausführung der Spanleitstufen, der Schneidstoffe und Beschichtungen begrenzt. Stellt sich die Frage, wie kann man unter diesen Voraussetzungen die Werkzeugkosten senken? Eine repräsentative Marktanalyse für den Einsatz von Drehwendeschneidplatten mit einer Schneidkantenlänge von 8 mm zeigt, dass ca. 75% aller Drehoperationen bei Spantiefen bis maximal 3 mm durchgeführt werden (Abbildung 1). Dafür sind genormte Wendeschneidplatten wie z.b. WNMG oder CNMG , weit überdimensioniert. Abbildung 1: ISCAR Marktanalyse Drehen mit Wendeschneidplatten mit 8 mm Schneidkantenlänge Für Spantiefen bis 3 mm können Wendeschneidplatten in Normgrößen eingesetzt werden, mit einer um 25% (Abbildung 2) kürzeren Schneidkante als die bisher üblichen. Es können mehr als 40% der Rohstoffe eingespart werden. Dabei ist es nicht notwendig, die Schnittparameter zu reduzieren. Es werden prozesssicher die gleichen Bearbeitungsergebnisse erreicht. Der Vorteil für den Anwender liegt dabei eindeutig im besseren Preisleistungsverhältnis, da trotz gestiegener Rohstoffpreise und Energiekosten die Werkzeugkosten sinken. Bei den energieintensiven Prozessen, wie sintern und beschichten, können pro Charge mehr Schneiden hergestellt werden und so reduziert sich der Energiebedarf pro Wendeschneidplatte. 2

3 Wiener Produktionstechnik Kongress 2014 Standard CNMG 1204 ECO CNMG 0904 Abbildung 2: ISCAR kleinere WSP benötigt 44% weniger Rohstoff 2.2 Stechdrehwerkzeuge Werkzeuge zum Abstechen haben in der Regel eine-, maximal zwei Schneiden. Grund dafür ist, dass die Stechtiefe durch das Werkzeug und nicht durch die Schneide begrenzt wird. So können die Schneiden auf vielen Werkzeugen, für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt werden. Jedoch sind Bauteile die von der Stange hergestellt werden, überwiegend im Durchmesserbereich bis 40 mm zu finden. Um auch für diesen Prozess Rohstoff und Energie einzusparen, wurden Schneideinsätze entwickelt, die mehr als zwei Schneiden besitzen. Die 5- schneidige Wendeschneidplatte zum Abstechen (Abbildung 3) erfüllt diese Anforderungen und bietet weitere Vorteile. Durch die Befestigung der Wendeschneidplatte können, trotz relativ kleiner Plattengröße, Durchmesser bis max. 40 mm abgestochen werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit die Vorschübe zu erhöhen. Durch die verbesserte Steifigkeit des Systems, kann man von einer wesentlich besseren Oberflächengüte und Planebenheit ausgehen. Abbildung 3: ISCAR 5-schneidige PENTA Wendeschneidplatte zum Abstechen 3

4 Brenner 3 FRÄSWERKZEUGE Eckfräsen Auch bei Fräswerkzeugen ist ein Trend zu mehr Schneiden pro Wendeschneidplatte zu beobachten. Während beim Drehen nach wie vor der Markt von genormten Wendeschneidplattengrößen beherrscht wird, haben sich beim Fräsen herstellspezifische Systeme durchgesetzt. Diese innovativen Entwicklungen bieten dem Anwender wesentliche Vorteile in der Bearbeitung wie z.b. Produktivität, Prozesssicherheit, Oberflächengüte, reduzierte Schnittkräfte, weniger Neigung zu Vibrationen um hier nur einige der Vorteile zu nennen. Das bedeutet für alle weiteren Entwicklungen, dass eine Systemumstellung für den Anwender nur dann interessant ist, wenn sie sich in kurzer Zeit amortisiert. Trigon- Wendeschneidplatten mit 3 wendelförmigen Schneidkanten können diese Anforderung erfüllen. Die Trigon-Wendeschneidplatte ist in einer Schwalbenschwanzführung im Plattensitz eingebettet, dadurch sind höhere Zerspanvolumen möglich. Eine bessere Oberflächengüte bei der Bearbeitung von 90 -Schultern ist zu erwarten. Die innovative Schneidengeometrie mit Wendelschneidkante und positivem Spanwinkel reduziert die Schnittkräfte sowie die Leistungsaufnahme und bieten größere Stabilität. Hochhitzebeständige Superlegierungen können sehr wirtschaftlich bearbeitet werden. Den größtmöglichen Nutzen kann man mit dem Einsatz einer doppelseitigen Trigon-Wendeschneidplatte mit 6 Schneiden erzielen. Eine sintertechnische Höchstleistung (Abbildung 4). Abbildung 4: ISCAR Trigonwendeschneidplatten zum 90 Fräsen mit 3 bzw. 6 Schneidkanten 3.2 Planfräsen Die Entwicklung von neuen Planfräsern hatte zum Ziel doppelseitige quadratische Wendeschneidplatten mit 8 Schneidkanten (Abbildung 5) so in das Trägerwerkzeug einzusetzen, dass sowohl radial als auch axial ein positiver Schnittwinkel entsteht. Dies ist bisher nur mit einseitigen Wendeschneidplatten mit 4 Schneiden gelungen. Die formschlüssige, positive, axiale Einbaulage der Wendeschneidplatte in den Planfräser ermöglicht einen sehr weichen Schnitt. Dadurch werden Schnittkräfte reduziert. Bei gleicher Schnitttiefe und Schnittparametern führt dies zu 4

5 Wiener Produktionstechnik Kongress 2014 niedrigerer Leistungsaufnahme oder bietet die Möglichkeit Schnitttiefe und/oder die Schnittparameter zu erhöhen, was sich in einer höheren Produktivität messen lässt. Die Wendeschneidplatten verfügen über verstärkte Schneidkanten für höhere Standzeiten. Die WIPER-Planfase ermöglicht auch bei hohem Vorschub eine exzellente Oberflächengüte. Schnitttiefen bis zu 4,6 mm sind realisierbar. Schneidstoff und Geometrie sind so abgestimmt, dass viele verschiedene Werkstückstoffe, einschließlich austenitische, rostbeständige Stähle, prozesssicher bearbeitet werden können. Abbildung 5: ISCAR Hochleistungsplanfräser mit einer 8-schneidigen Wendeschneidplatte 4 BOHRWERKZEUGE 4.1 Bohrer mit Wechselkopftechnik Bohrer mit Wechselkopftechnik (Abbildung 6) sind heute Stand der Technik. Ein grundlegender Vorteil im Vergleich mit Vollhartmetallbohrer ist der deutlich reduzierte Rohstoffbedarf. Niedrigere Lagerhaltung, Rüstkosten und der Wegfall von Nachschleifkosten sind weitere Vorteile. Heute können solche Werkzeuge im Durchmesserbereich von 6 bis 32 mm bezogen werden. Auf Sonderlösungen kann oftmals verzichtet werden, da die Wechselköpfe in 0,1 mm Abstufung als Standard verfügbar sind und auch die Bohrkörper für eine Bohrtiefe von 1,5 bis 12xD zum Standardangebot gehören Abbildung 6: ISCAR Sumocham Bohrer mit Wechselkopf 5

6 Brenner 4.2 Tieflochbohrer mit Wechselkopftechnik Große Vorteile bieten Tieflochbohrer mit Wechselkopftechnik. Im Vergleich zu gelöteten Einlippentieflochbohrern können doppelte Vorschübe pro Umdrehung gefahren werden, da 2 effektive Schneiden im Einsatz sind (Abbildung 7). Neben der höheren Produktivität können speziell auf Tieflochbohrmaschinen die Nebenzeiten auf ein Minimum reduziert werden. Der Schneidenwechsel kann innerhalb der Maschine erfolgen. Die Wechselkopftechnik ermöglicht schnell und flexibel Schneidengeometrie, Schneidstoff und Beschichtung dem Werkstückstoff und der Bearbeitung anzupassen. Abbildung 7: Tieflochbohrer mit Wechselkopf 4.3 Wechselkopftechnik für Flachkopfbohrungen Die schnell austauschbaren Bohrköpfe mit einer neuen Geometrie (Abbildung 8) sind eine produktive Lösung für die Herstellung von Flachkopfbohrungen und Schraubenkopfsenkungen. Dank der Zentrierspitze kann direkt ins Volle ohne zentrieren oder vorbohren gearbeitet werden. Abbildung 8: ISCAR Flachkopfbohrer mit Wechselkopftechnik 6

7 Wiener Produktionstechnik Kongress LITERATURVERZEICHNIS [1] ISCAR 2010 Anwenderumfrage [2] ISCAR IQ Katalog Metric Version 2013 Edition 4 [3] ISCAR Hompage neue Produkte oder [4] ISCARINDUSTRY 01/2013 7