OSG ist meist bekannt als Problemlöser beim Bohren, Fräsen und Gewindeschneiden und vor allem bei schwer zerspanbaren Werkstoffen. Nun zählt Aluminium irrtümlich nicht unbedingt zur Gattung schwer zerspanbarer Werkstoffe. Tatsache ist aber, dass bei der Zerspanung von Aluminium sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe gefahren werden. Die Materialeigenschaften des Aluminiums führen allerdings meist zur Bildung von Aufbauschneiden. Eine effiziente Spanabfuhr ist deshalb schwierig. .
Das Unternehmen HSM (Hausherr & Schulz Maschinenbau) in Witten machte da allerdings ganz andere Erfahrungen. Beim Fräsen von Kupplungssystemen aus einer Aluminiumlegierung mit einer Zugfestigkeit von etwa 750 N/mm2 stieß man mit den bisherigen Fräswerkzeugen hinsichtlich Schnittgeschwindigkeit und Standzeit relativ schnell an Grenzen. Deshalb begann man bei dem Zuliefer-Unternehmen mit 19 Mitarbeitern im April 2019 mit dem Test von Fräswerkzeugen der Plus-Line-Serie von OSG. Konkret mit dem EPA-AL-3FL, Durchmesser 20 mm, ein Hartmetallfräser mit ALC-Beschichtung für Kupfer- und Aluminium-Legierungen.
Bei der zugfesten Aluminium-Legierung und damit verbunden bisher geringen Schnittgeschwindigkeiten und Werkzeug-Standzeiten sah Betriebsleiter Christian Jahnke dringenden Handlungsbedarf: „Bei diesen Bauteilen, bearbeiten wir Losgrößen bis zu 200 Stück, die sich pro Jahr ca. drei- bis viermal wiederholen. Weil die bis dahin eingesetzten Fräswerkzeuge weder gute Schnittdaten noch Standzeiten zuließen, war hier eine Optimierung wichtig.“
Das Hauptproblem lag darin, dass der Grundkörper 320 x 270 x 45 mm beim Fräsen in der Mitte zu schwingen begann. Einerseits resultierte das aus der Spannung mit nur zwei Krallen an den Eckpunkten des Werkstücks, andererseits aber auch aus der Schneiden-Geometrie des Fräsers. So schlugen die Schneidkanten des Fräsers bei den Schwingungen gegen das Werkstück. Hoher Verschleiß bis hin zum Bruch war die Folge. Ein weiterer Aspekt war, dass man bei einem solch kleinen Bauteil an die Grenzen hinsichtlich der Dynamik der Maschine stieß. Deshalb wurden in Witten sowohl die Maschine, die Bearbeitungsstrategie wie das Fräswerkzeug für das Schruppen und Schlichten gewechselt.
Schwingungen haben sich bis auf nahe Null reduziert
Mit messbarem Erfolg, denn seither konnten sowohl die Durchlaufzeiten reduziert als auch die Standzeiten enorm erhöht werden. Der EPA-AL-3FL ist pro Werkstück 30 Minuten im Einsatz. Bei einer Losgröße von 72 Stück ist das eine gesamte Eingriffszeit des Fräsers von knapp 40 Stunden – Eine 40 Prozent längere Standzeit gegenüber dem bisher eingesetzten Fräser. Konrad Serkies, der Mann an der Maschine, sieht den Grund für diese enorme Steigerung allerdings nicht allein im Fräswerkzeug: „Ich denke, der Maschinenwechsel und der Wechsel auf eine Trochoid-Strategie haben da auch wesentlichen Anteil daran. Wir haben beispielsweise die Schnittgeschwindigkeit auf 500 m/min, den Zahnvorschub von 0,3 mm auf 0,6 mm erhöht und fräsen mit einer Zustelltiefe von 1,5 x D, sowie einer seitlichen Zustellung von 50 Prozent, also 10 mm. Das ist enorm, denn das ergibt eine Spandicke von bis zu 0,6 mm. Wir sind so problemlos um über 30 Prozent schneller als vorher.“
Zusätzlich positiv ist, dass sich bei der Bearbeitung die erwähnten Schwingungen nahe null reduzierten. Für Jürgen Roesler, Anwendungsberater bei OSG kommt dieser Effekt nicht überraschend: „Effiziente und prozesssichere Aluminiumwerkzeuge wurden von OSG in der Vergangenheit als Sonderwerkzeuge, mit eigens entwickelten Geometrien für namhafte Unternehmen gefertigt. Bei der Entwicklung des Plus-Line-Programms ist das gesamte Geometrie-Know-how mit eingeflossen. Wichtig sind im konkreten Fall Drallwinkel, Schneidkanten-Präparation und Freiwinkel, einfach die Geometrie in der Gesamtheit. Das sind gegenüber anderen Werkzeugen nur minimale Unterschiede, die aber Großes bewirken.“ Das Zeitspanvolumen von 4000 cm3/min zeigt die Vorteile.
Nun wird in Witten mit den EPA-AL-3FL Fräsern geschruppt und geschlichtet. Hinsichtlich der Präzision ergeben sich damit keine Probleme. In der Eben- und Winkeligkeit von kleiner 0,02 mm sind die Toleranzen jederzeit realisierbar. Das beschriebene Bauteil ist bei HSM nicht das einzige Aluminium-Bauteil, das bearbeitet wird. Im Gegenteil, mit ähnlich schwierig zerspanbarem Aluminium hat man öfter zu tun. Und weil man in Witten kontinuierlich an der Effizienz und Wirtschaftlichkeit arbeitet, wurden in diesem Bereich auf Grund der Erfahrungen viele Prozesse auf Werkzeuge von OSG umgestellt.
Hausherr & Schulz Maschinenbau GmbH
www.hsm-witten.de
OSG Deutschland GmbH
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