Präzisionswerkzeuge bringen mehr Schub für die Luft- und Raumfahrtindustrie

Durchstarten mit Hightech-Zerspanungslösungen

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Für die Luft- und Raumfahrtindustrie geben die Präzisionswerkzeuge von Horn mehr Schub, um die gesteckten Ziele zuverlässiger, prozesssicherer und mit höherer Produktivität zu erreichen. Beim Drehen, Fräsen, Nutstoßen, Reiben und bei der Gewindebearbeitung setzt die Paul Horn GmbH aus Tübingen mit anwendungsspezifischen Engineeringlösungen Maßstäbe für die Zerspanung anspruchsvoller Werkstoffe in der Luft- und Raumfahrt.

Die Luft- und Raumfahrt stellt höchste Anforderungen an die Präzision und Prozesssicherheit von Zerspanungsprozessen. Ob Triebwerk, Flugzeugrumpf, Tragflächen, Leitwerk, Fahrwerk, Cockpit, Kabinen oder Tanks – die hier verbauten komplexen Komponenten müssen extremen Belastungen sicher standhalten. Bei geringstmöglichem Gewicht. Sie sind gefertigt aus modernen, schwer zerspanbaren Werkstoffen und Werkstoffkombinationen, wie z. B. Titan, hochfesten Stählen, Nickel-Basis- und Magnesiumlegierungen, Superlegierungen für Hochtemperaturanwendungen sowie – für Leichtbaulösungen – kohlenfaserstoffverstärkten Kunststoffen (CFK) oder Mehrkomponenten-Metallmatrix-Verbundwerkstoffen (MMC) aus CFK mit Aluminium und Titan. Für eine sichere und effiziente Zerspanung der geometrisch meist anspruchsvollen Bauteile entwickelt Horn als Systempartner speziell optimierte Werkzeuge, abgestimmte Substrate, Schneiden-Geometrien und -Beschichtungen.

Spanvolumen beim Schruppen von Titan verdoppelt

Gemeinsam mit Kunden werden hierfür bei Horn neue Technologien, Fertigungsstrategien und Prozessabläufe realisiert. Der Luftfahrtzulieferer SERMP Le Groupe Piston Français hat so zum Beispiel mit den Experten von Horn einen deutlichen Leistungssprung beim Schruppen von Titan gemacht.

Die Le Groupe Piston Français, ein weltweit tätiger Hersteller von Triebwerken und Bauteilen für die Luftfahrt, beschäftigt etwa 687 Mitarbeiter an sechs Standorten in Frankreich, Polen und Marokko. Eine der marokkanischen Produktionsstätten ist die 2005 gegründete Firma SERMP. Am Firmensitz im Industriegebiet beim Flughafen Casablanca produzieren 185 Mitarbeiter die für die Serienfertigung maßgebenden Prototypen. Trotz der günstigen Lohnsituation in Marokko beeinflussen die Fertigungskosten immer mehr die weltweite Wettbewerbsfähigkeit. Die Verantwortlichen von SERMP suchen deshalb ständig nach wirtschaftlicheren und damit wettbewerbssicheren Fertigungsalternativen, beispielsweise für die aus Titan bestehenden Gleitschienen für Flugzeugsitze.

Die Prototypen hierfür werden jeweils aus einem Quader 240 x 90 x 60 mm, Werkstoff TA6V, auf einem Bearbeitungszentrum Mynx 540 Doosan/Deawoo aus dem Vollen gefräst. Zum Schruppen wird der Quader in einem hydraulischen Spannstock, und zum Fräsen der Konturen und zum Schlichten im Spannturm der Maschine aufgenommen.

Da bei diesem Arbeitsablauf zuerst ein hohes Spanvolumen abzutragen und danach die finale Endkontur mit hohen Vorgaben an die Maßgenauigkeit und Oberflächengüte herzustellen ist, wurde auch Dominique Berson von Horn France, dem französischen Standort der Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH, um seine Bearbeitungsvorschläge gebeten. Der Zerspanungsspezialist, der bei der Firma SERMP schon manches Fertigungsproblem wirtschaftlich gelöst hat, empfahl für diese Aufgabe folgende Strategie: Vorschruppen mit einem Fräser System M409, danach Fräsen der Aussparungen sowie Schlichten mit einem Fräser aus dem System DAH, weitere Fräsarbeiten mit Werkzeugen aus dem Horn-Standardprogramm.

Das Frässystem M409 ist in der Ausführung Schaftfräser (Aufnahme DIN 1835-B) mit Schneidkreisdurchmessern von 32 und 40 mm sowie in der Ausführung Aufsteckfräser (Aufnahme DIN 8030-A) mit Schneidkreisdurchmessern von 40/50/63 und 80 mm lieferbar. Seine herausragenden Systemmerkmale sind die vierschneidigen, rhombischen, TiALN-beschichteten Wendeschneidplatten. Sie gewährleisten in dem besonders ruhig ablaufenden Fräsprozess sehr hohe Genauigkeiten und beste Oberflächen bei gleichzeitiger Standzeitverbesserung.

Diese Eigenschaften basieren auf einem positiven Span- und Axialwinkel, einer Nebenschneide mit integrierter Schleppphase und einer zusätzlichen Freiflächenphase mit stabilem Keilwinkel. Die Fräser mit einem Eckenradius von r = 0,8 mm sind für Schnitttiefen bis ap = 43,2 mm ausgelegt und zum Fräsen von 90°-Schultern geeignet. Eine effektive Innenkühlung durch den Halter mit KSS-Austritt in Richtung Wirkstelle der Schneiden unterstützt die hohe Prozesssicherheit.

Trochoidal-Fräser erreicht doppelte Standzeit

Entsprechend der Kundenvorgabe „hohes Spanvolumen“ entschied sich Dominique Berson beim Schruppen für das trochoidale Fräsen mit einem 10-schneidigen Standardfräser M409 in Messerkopfausführung, Schneidkreisdurchmesser 40 mm. Mit dieser Strategie sollten die Verfahrensvorteile wie geringere Zerspankräfte, höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit, kürzere Fertigungszeit und höhere Standzeit voll zum Tragen kommen. Bei dem gemeinsam mit Mr. Rachide Zituen von der Firma SERMP programmierten Bearbeitungsablauf wählte man zum Schruppen eine Schnittgeschwindigkeit vc = 60 m/min, einen Vorschub f = 300 mm/min sowie einen Vorschub pro Zahn fz = 0,32 mm und eine Schnitttiefe ap = 40 mm. Beim trochoidalen Vorschruppen erreichte jede Kante der Wendeschneidplatte eine Standzeit, die problemlos für die Bearbeitung von zwei Gleitschienen reichen würde. Gegenüber den ebenfalls vierschneidigen Wendeschneidplatten eines Wettbewerbers erzielte der Horn-Fräser eine doppelt so hohe Standzeit. Dieses Ergebnis wäre noch deutlich zu verbessern, aber aus Gründen der Prozesssicherheit gab sich SERMP mit dem Faktor zwei zufrieden.

Feinarbeit mit dem Hochvorschubfräser

Zum Fräsen der Aussparungen an der Gleitschiene kommen verschiedene Horn-Fräser zum Einsatz, schwerpunktmäßig jedoch der Hochvorschubfräser DAHM62. Bei einem Schneidkreisdurchmesser von 63 mm verfügt die Messerkopfausführung über fünf Zähne und ist für eine Schnitttiefe von ap = 2,1 mm ausgelegt. Bei einem durchschnittlichen Aufmaß von 1,5 mm nach dem Vorschruppen wählte man für das Schlichten folgende Parameter: Schnittgeschwindigkeit vc = 75 m/min, Vorschub pro Zahn fz = 0,76 mm und Schnitttiefe ap = 1,1 mm.

Dank der neuen, auf die Fräser M409 und DAHM62 abgestimmten Bearbeitungsstrategie und dem Einsatz von diversen Horn-Standardwerkzeugen mit ISO-Platten wurde das komplette Werkstück in 28 Minuten aus dem Quader gefräst. Allerdings wurden die Schnittleistungen der Fräser M409 und DAHM62 nicht voll ausgenützt, da das Bearbeitungszentrum bei den gewählten Parametern an seine Grenzen kam und die gewünschte Standzeit und Prozesssicherheit nicht mehr gewährleistet war.

Produktqualität und Kundenservice überzeugen

Seit ihrer Gründung arbeitet die Firma SERMP mit Horn-Werkzeugen. Neben der hohen Produktqualität schätzen die Verantwortlichen besonders die gute Zusammenarbeit mit den für Marokko zuständigen Mitarbeitern von Horn-France. Dies gilt ganz besonders für die technische Beratung von Dominique Berson und die kommerzielle Betreuung von Gebietsrepräsentant Bruno Zmuda. Die gute Zusammenarbeit soll auch in Zukunft gepflegt werden, beispielsweise bei einem mit einer Laufzeit von 20 Jahren angesetzten Zukunftsprojekt.

Wegen der Vielzahl unterschiedlicher Werkzeuge, die für dieses Projekt benötigt werden, möchte die Firma SERMP einem Werkzeuglieferanten vertrauen, dessen Produkte zukunftssicher konzipiert sind und der dank der kurzen Kommunikationswege und der straffen internen Abläufe schnell auf Kundenwünsche reagieren kann. Dass hier die Firma Horn gute Chancen hat, beweisen auch die bisher erfolgreich gelösten Anwendungen mit Standard- und Sonderwerkzeugen zum Drehen und Fräsen.

Hartmetall-Werkzeugfabrik
Paul Horn GmbH
www.phorn.de


Zur Bearbeitung von Titanwerkstoffen wie dem in der Luftfahrt verbreiteten Ti6Al4V hat Horn eine Palette von speziellen Werkzeugen entwickelt. Bild: Horn

Titan – mit dem richtigen Werkzeug zum Erfolg

Zur Bearbeitung von Titanwerkstoffen wie dem in der Luftfahrt verbreiteten Ti6Al4V hat Horn eine Palette von speziellen Werkzeugen entwickelt, die mit scharfen Schneiden, positivem Spanwinkel, großem Freiwinkel und polierten Schneiden den wichtigsten Problemen der Titanbearbeitung entgegenwirken.

Speziell zur Titanbearbeitung in der Luft- und Raumfahrt und für die Medizintechnik entwickelte Horn für seine VHM-Fräser die Schneidstoffsorte TSTK mit guten tribologischen Eigenschaften, hoher Temperaturbeständigkeit und geringer Wärmeeinleitung ins Substrat – ein Hitzeschild sozusagen. Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt, der bei der Entwicklung der VHM-Schaftfräser zu berücksichtigen war: Die Schaftfräser erhielten unterschiedliche Drallwinkel und unterschiedliche Teilung. Das führt zu weichem, ruhigem Schnitt und vermeidet Vibrationen.

Für große Strukturteile aus Titan eigenen sich die Hochvorschubfräser des Systems DAH 25, 37 und 62. Bei geschmiedeten Titanelementen und anderen Aerospace-Werkstoffen wie Hastelloy, Inconel oder Astroloy bewähren sich die Aufsteckfräser des Systems DAH.

Für die drehende Bearbeitung von Titan empfiehlt Horn seine Werkzeuglösungen, die für die Zerspanung von rostfreien Werkstoffen entwickelt wurden: hoch temperaturbeständig, scharf, in den Sorten EG3 oder HP6 mit sehr guten tribologischen Eigenschaften. Bei allen Bearbeitungsarten ist hohe und gezielte Kühlmittelzufuhr unabdingbar.



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