Auf dem Weg zur fehlerfreien Fertigung

Störungen sind laut dem Industrial Manufacturing Report von PricewaterhouseCoopers (PwC) „heute die einzige Konstante im industriellen Fertigungsumfeld“. Pandemiebedingte Unterbrechungen der Lieferketten und der Produktivität haben Unternehmen dazu gezwungen, auf neue Märkte auszuweichen. Hierdurch hat sich die Nachfrage nach einer fehlerfreien Präzisionsbearbeitung deutlich erhöht – und der neue CoroMill® MH20 Hochvorschubfräser kann an dieser Stelle wertvolle Unterstützung bieten. Wie genau, das erläutert Sangram Dash, Product Application Manager für das Wendeschneidplattenfräsen bei Sandvik Coromant.

„Um wettbewerbsfähig zu bleiben“, heißt es im Industrial Manufacturing Report weiter, „müssen Organisationen in der Lage sein, neue Geschäftsmodelle und Technologien zu integrieren, um sich schneller an neue Anforderungen anzupassen.“ Für Fertigungsunternehmen bedeutet das, dass sie ihr Angebot diversifizieren und bereit sein müssen, die Nachfrage auf neuen Märkten zu befriedigen.

Herausforderungen bei der Bearbeitung

Zugleich ist höchste Präzision gefragt: Fehler müssen dazu frühzeitig diagnostiziert und beseitigt werden oder am besten gar nicht erst auftreten. Darin liegt eine große Herausforderung, denn die Diversifizierung in neue Märkte bedeutet, dass Werkstücke aus einer größeren Bandbreite von Materialien bearbeitet werden müssen, etwa aus Aluminium und hitzebeständigen Superlegierungen (HRSA). Hinsichtlich ihrer Härte weisen diese Werkstoffe extreme Unterschiede auf – das Spektrum reicht von sehr weich bis extrem hart. Und auch die Bearbeitungsverfahren und -bedingungen sind äußerst heterogen – vom Schruppen bis zum Schlichten von unrunden oder endkonturnahen Guss- oder Schmiedeteilen.

Besondere Herausforderungen liegen zudem in bestimmten Bearbeitungsarten. So kann beispielsweise beim Fräsen tiefer enger Taschen mittels eines Werkzeugs mit langem Überhang das gesamte Setup instabil werden. Dies kann zu unvorhersehbaren Bearbeitungen und zu Vibrationen führen, die Werkzeugbruch und Ausfallzeiten verursachen können.

Um solche Fertigungsfehler erfolgreich zu vermeiden, benötigen Fertigungsunternehmen Werkzeuglösungen, die eine sichere und vorhersehbare Bearbeitung ermöglichen, mit höheren Zerspanungsraten, kürzeren Taktzeiten und schnellen Wechseln zwischen den einzelnen Produktionschargen. Und eine solche Lösung gibt es – denn, wie es der PwC-Report ausdrückt, „bringen Störungen auch die Chance zur Innovation mit sich“.

Vibrationen vermeiden

Insbesondere gilt es, bei der Bearbeitung Vibrationen zu vermeiden, da diese sich in verschiedener Hinsicht negativ auf die Leistung auswirken, etwa durch Werkzeugabdrängung und Unregelmäßigkeiten bei der Bearbeitung der Werkstücke. Sogar Werkzeugbrüche und ungeplante Ausfallzeiten können die Folge sein. Ein weiteres Problem bei Vibrationen sind die Auswirkungen auf die Spanbildung und die Spanabfuhr – also auf grundlegende Vorgänge, die untrennbar mit der Zerspanung verbunden sind und die Wirksamkeit der Schneidwerkzeuge beeinträchtigen können.

Ein weiterer Faktor, der die Leistung von Fräswerkzeugen potenziell beeinträchtigt, ist das Design der Wendeschneidplatten. Die meisten Patten verfügen über vier Schneiden, die dafür sorgen, dass die Platte leicht gedreht oder ausgetauscht werden kann, wenn eine Schneide stumpf wird oder ausbricht. Schwachstellen sind die Ecken der Wendeschneidplatten zwischen den flachen Kanten. Denn die radialen Kanten der Wendeschneidplatte sind anders gestaltet als die flachen Kanten. Sie befinden sich oft in der Schneidzone und brechen daher häufig zuerst.

Next-Generation-Werkzeug mit vielen innovativen Details

Dies alles sind die Aspekte, die die Experten von Sandvik Coromant bei der Entwicklung eines Next-Generation-Werkzeugs, das den hohen Anforderungen unterschiedlicher Branchen gerecht wird, im Auge hatten. Und damit Taktzeiten auch tatsächlich verkürzt und die Wirtschaftlichkeit gesteigert wird, ist von entscheidender Bedeutung, dass sowohl die Anzahl der benötigten Werkzeuge, die Häufigkeit des Umrüstens als auch die Bearbeitungsdauer reduziert werden.

Diese Anforderungen erfüllt der neue CoroMill MH20. Die Konstruktion des neuen Hochvorschubfräsers für Vertiefungen und Taschen in ISO S-, M- und P-Materialien weist gleich mehrere innovative Details auf: Der zylindrische Schaftkörper besteht aus einem neuen Material, das eine für diese Art von Werkzeugen bisher nicht gekannte Steifigkeit aufweist. Es minimiert den Verschleiß und Risse während der Bearbeitung und reduziert Spanabrieb und Coining, wenn hohe Spannungen durch hohe Schnittkräfte zu plastischen Verformungen am Plattensitz führen. Dank dieser Eigenschaft bleibt der Plattensitz sicher und unverformt, was die Standzeit des Werkzeugs erhöht.

Darüber hinaus bietet der CoroMill MH20 eine Alternative zum Vierschneidenkonzept. Mit einer zweischneidigen Wendeschneidplatte ausgestattet, bleibt die Leistung pro Schneide immer gleich. Selbst das Fräsen gegen eine Ecke oder Wand hat keine negativen Auswirkungen auf die nächste Kante oder die vordere Ecke. Die Vorteile: eine höhere Zuverlässigkeit und ein besserer Schutz vor Verschleiß. Zur verbesserten Prozesssicherheit tragen auch die optimierte Kantenlinie der Hauptschneidkante und der Eckenradius bei.

Eine weitere Innovation stellt die Schneidkantengeometrie der Wendeschneidplatten dar. Erstmals führt Sandvik Coromant bei Hochvorschubkonzepten spezielle Wendeschneidplattengeometrien für verschiedene ISO-Bereiche ein, um die Prozesssicherheit und die Produktivität zu optimieren. Bei CoroMill MH20 sorgt ein abgeschrägtes Schneidkantendesign für einen graduellen und leichten Schnitt, der nur wenig Energie erfordert und für den Einsatz auf kleineren Maschinen geeignet ist.

Im Praxiseinsatz zeigt der CoroMill MH20 eine deutlich verbesserte Standzeit im Vergleich zu Werkzeugen der vorherigen Generation – je nach bearbeitetem Material konnte sie um bis zu 30 Prozent verlängert werden.

Präzisionsbearbeitung im Praxistest

Ein großes kanadischer Fertigungsunternehmen, das sich auf den Formenbau spezialisiert hat, wollte sein bestehendes Werkzeugsetup verbessern. Unter anderem sollte eine Wettbewerbslösung ersetzt werden, da bei deren Einsatz Vibrationen auftraten, die die Bearbeitungsprozesse unvorhersehbar und unsicher machten.

Im Praxistest konnte die Leistung des CoroMill MH20 im Vergleich zum vorhandenen Fräswerkzeug getestet werden. Beide Werkzeuge wurden zum Schruppfräsen eines Werkstücks aus H13 verwendet. Dieser beliebte Chrom-Warmarbeitsstahl ist für seine hohe Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit bekannt.

Jedes der beiden Fräswerkzeug misst 25,4 mm und wurde mit einer Schnittgeschwindigkeit (v_c) von 168 m/min betrieben. Beim CoroMill MH20 mit zwei Wendeschneidplatten wurde der Vorschub etwas erhöht, um die Schnitttiefe um 35 Prozent zu vergrößern. Die Parameter: ein Vorschub pro Zahn (f_z) von 1 mm/Zahn, eine Vorschubgeschwindigkeit (v_f) von 5.080 mm/min und eine axiale Schnitttiefe (a_p) von 0,8 mm.

Das konkurrierende Werkzeug wurde mit einem Vorschub pro Zahn (f_z) von 0,63 mm/Zahn, einer Vorschubgeschwindigkeit (v_f) von 4572 mm/min und einer axialen Schnitttiefe (a_p) von 0,5 mm betrieben. Beide Werkzeuge wurden so lange eingesetzt, bis sie Anzeichen von Flankenverschleiß zeigten.

Verbesserte Standzeit, höhere Prozesssicherheit

Trotz der höheren Schnittparameter fertigte CoroMill MH20 ein komplettes Bauteil ohne Wendeschneidplattenwechsel und mit einer hervorragenden Oberflächengüte. Bei einer Laufzeit von 300 Minuten konnte die Standzeit um 50 Prozent erhöht und die Zykluszeit um 50 Prozent reduziert werden. Die Wettbewerbslösung lief mit 150 Minuten nur halb so lange. Aufgrund der schlechten Standzeit kam es zudem zu Wendeschneidplattenwechsel, was die Taktzeiten weiter erhöhte. Außerdem traten Vibrationen auf, die dazu führten, dass sich Schrauben während der Bearbeitung lösten.

Durch die Umstellung auf den CoroMill MH20 profitiert das kanadische Unternehmen von einer deutlich verbesserten Werkzeugstandzeit sowie von sichereren, vibrationsfreien Bearbeitungsprozessen. Auch wenn, wie PwC feststellt, Störungen heute die einzige Konstante in der industriellen Fertigungsumgebung sind, unterstützen neue Werkzeuginnovationen wie der CoroMill MH20 verbesserte Werkzeugstandzeiten und Prozesssicherheit – und das trägt dazu bei, die Wettbewerbsfähigkeit von Fertigungsunternehmen sicherzustellen.

Die Konstruktion des neuen Hochvorschubfräsers CoroMill® MH20 für Vertiefungen und Taschen in ISO S-, M- und P-Materialien weist gleich mehrere innovative Details auf.