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Mapal: Hydrodehnspannfutter sorgen für mehr Wirtschaftlichkeit

Anwendungsorientierte Hydrodehnspannfutter sorgen für mehr Wirtschaftlichkeit
Sonder-Spannfutter plus Standard-Werkzeug

Qualität steigern, Kosten senken, Produktivität erhöhen – alles Schlagworte, mit denen sich Produktionsleiter und Einkäufer in modernen Fertigungen konstant beschäftigen. Dabei steht bei Einrichtungen mit hohem Output ein weiteres Schlagwort im Fokus: die Prozesssicherheit. Aus diesen Treibern entstehen wiederum Anforderungen an die Lieferanten von Werkzeugen und anderen Betriebsmitteln, die häufig in Innovationen münden.

Als Komplettanbieter von Werkzeug- und Spanntechnologie mit Fokus auf engen, partnerschaftlichen Kundenbeziehungen liefert Mapal den Kunden ein leistungsfähiges System aus Werkzeug und Spannfutter, das Prozesssicherheit garantiert und eine hohe Wirtschaftlichkeit realisiert. Die Produktion von Spannfuttern mithilfe der additiven Fertigung hat dabei ganz neue Kombinationsmöglichkeiten eröffnet. So ist es heute möglich, Hydrodehnspannfutter so individuell auf die Bearbeitung hin anzupassen, dass der Einsatz eines Standard-Schaftwerkzeuges möglich ist. Das dem Verschleiß ausgesetzte Werkzeug wird also in der – kostengünstigeren – Standardversion eingesetzt, das Spannfutter anwendungsorientiert ausgeführt, um der Bearbeitung und den verbundenen Anforderungen in Summe optimal gerecht zu werden.

Von den verfügbaren Spanntechniksystemen trägt die Hydrodehnspanntechnologie dem Faktor Genauigkeit laut dem Hersteller am meisten Rechnung. Bisher stellte allerdings die Lötverbindung zwischen Hülse und Grundkörper bei Hydrodehnspannfuttern einen limitierenden Faktor beispielsweise im Hinblick auf die Futtergeometrie, die Temperaturbeständigkeit und die Drehmomentübertragung dar. Die additive Fertigung verschiebt diese Grenzen signifikant, indem das Futter „aus einem Guss“ gefertigt wird und die Hydrodehnspanntechnologie dadurch breiter einsetzbar ist.

Hydrodehnspannfutter mit optimaler Thermostabilität

Bahnbrechende Entwicklungen im Bereich der Beschichtung von Werkzeugen ermöglichen es, immer mehr Bearbeitungsoperationen ohne den Einsatz von Kühlschmierstoffen durchzuführen. Selbst Fräsbearbeitungen können heute trocken beziehungsweise mit Minimalmengenschmierung gefahren werden. Durch innovative Beschichtungen kein Problem für die eingesetzten Werkzeuge. Doch rückt so die Thermostabilität der Werkzeughalter in den Fokus der Entwicklungsarbeit. Mapal hat bereits vor einigen Jahren die Thermostabilität der Hydrodehnspannfutter intensiv optimiert. Die HTC-Futter beispielsweise gewährleisten optimale Einsatzbedingungen bei Prozesstemperaturen bis 170 °C am Werkzeugschaft.

Die Grenzen hinsichtlich Drehmomentübertragung, Temperaturbeständigkeit und auch Prozesssicherheit, die für Hydrodehnspannfutter galten, hat der Werkzeug- und Spannmittelhersteller damit nachhaltig verschoben. So kann auch der Faktor „anwendungsorientiertes Spannfutter“ mit in die Prozessauslegung einbezogen werden. Denn bis dato waren leistungsstarke Spannfutter nicht nur im Anwendungsspektrum begrenzt, sondern auch was die Produktpaletten dieser Massenprodukte angeht. Die Auslegung „Sonderwerkzeug + passendes Spannfutter“ ist daher die Regel. „Vor allem durch die Möglichkeiten der additiven Fertigung können wir dieses Auslegungsprinzip heute in einigen Fällen umdrehen“, konstatiert Jochen Schmidt, Produktmanager Spanntechnik. „Wir können flexibel entscheiden, ob es sinnvoller ist, mit einem Standardfräser oder -bohrer zu arbeiten und das Spannfutter anwendungsorientiert so auszulegen, dass wir näher ans Werkstück kommen und ein insgesamt ebenso prozesssicheres Ergebnis erhalten.“

Ein klassisches Beispiel ist dabei eine Fräsoperation mit Vollhartmetallfräser und Hydrodehnspannfutter. Die definierten Abmaße des Standardfutters machten den Einsatz eines Vollhartmetallfräsers mit Überlänge notwendig, um die zu bearbeitende Kontur zu erreichen und bearbeiten zu können. Der Einsatz eines Sonder-Hydrodehnspannfutters mit langer, schlanker Kontur bringt mehrere Vorteile: Der Fräser in kurzer Standardausführung ist deutlich günstiger; durch die kurze Schaftlänge können wesentlich höhere Schnittwerte gefahren werden, und die Oberflächengüte ist durch die Verringerung der Schwingungsneigung verbessert. Schließlich erreicht die neue Auslegung eine höhere Werkzeugstandzeit.

„Länger, schlanker, stabiler – das sind die Stellschrauben, an denen wir im Moment bei der Adaption von Hydrodehnspannfuttern am häufigsten drehen“, erläutert Schmidt mit Blick auf die Übersicht dessen, was konstruktionsseitig möglich ist. „Wir haben aber in den vergangenen Monaten noch eine ganze Reihe weiterer, individueller Herausforderungen mit unseren Kunden gelöst, die vor wenigen Jahren in der Form noch undenkbar waren.“

Anwendungsbeispiel 1

Integrierte Radialeinstellung im Bund für den Einsatz auf Hochproduktivmaschinen: Auf einem Transferzentrum werden acht identisch lange, nebeneinanderliegende Bohrungen eines Schaltschiebergehäuses gleichzeitig bearbeitet. Die acht PKD-Aufbohrwerkzeuge waren ursprünglich in Schrumpffuttern gespannt. Jedoch stellte die exakte Längeneinstellung der Bohrwerkzeuge in dieser Kombination einen extrem zeitintensiven Faktor dar.

Die neu konzipierten Hydrodehnspannfutter haben die Bearbeitung gleich in mehreren Hinsichten verbessert: Sie können einfacher über die Schraubbetätigung gespannt und gelöst werden. Dazu wurde bei den Futtern die Radialeinstellung in den Bund integriert. So kann die Längeneinstellung einfach, schnell und exakt in der Maschine erfolgen – ein deutlicher Vorteil im Vergleich zu den Schrumpffuttern. Darüber hinaus ist die Längenveränderung der Werkzeuge nach Wiederaufbereitung durch die Radialeinstellung einfach zu kompensieren.

Anwendungsbeispiel 2

Doppeltes Hydrodehnspannsystem: Mithilfe eines hochgenau nach innen und außen spannenden Hydrodehnspannsystems hat Mapal die Bearbeitung der Tellerfederauflage und der Grundbohrung für Ventilsitz und Ventilführung eines Zylinderkopfes aus Aluminium kombiniert. Der modulare Aufbau des Kombinationswerkzeugs mit dem dreischneidigen Tritan-Drill für die Grundbohrung und einem dreischneidigen PKD-Senkwerkzeug in Ringform für die Tellerfederauflage gewährleistet, dass die Werkzeuge beider Operationen getrennt voneinander und getrennt vom Grundkörper getauscht werden können, entsprechend ihres Verschleißstadiums. Durch die Integration eines Innen-Außen-Hydrodehnspannsystems ist der Werkzeugwechsel auch noch denkbar einfach. Nur eine Betätigung ist nötig, um den Ring und den Bohrsenker zu spannen.

Anwendungsbeispiel 3

Werkzeugspannfutter mit integriertem Kühlkreislauf: Die neuen Möglichkeiten in der Werkzeugspanntechnologie kommen auch in „exotischen“ Anwendungen zum Einsatz. Beim Rührreibschweißen beispielsweise wird das rotierende Werkzeug in das Material eingetaucht und anschließend zwischen den beiden zu verfügenden Aluminium-Werkstücken verfahren. Durch die hohen Prozesstemperaturen findet ein Plastifizieren des Materials statt, beim Abkühlen bildet sich eine feste, vakuumdichte Verbindung. Die Prozesswärme jedoch gelangt über Werkzeug und Spannzeug bis in die Spindel, und es kann zu einer Spindelaufweitung kommen. Bei einer axial nicht fixierten SK-Aufnahme ist dadurch ein Nachrutschen möglich.

Das Abkühlen birgt einen weiteren Störfaktor: Denn die Spindel fixiert das, eventuell nachgerutschte, Spannzeug wieder fest, so dass die Aufnahme nicht mehr entnommen werden kann. Die Folgekosten eines solchen Szenarios sind immens; eine alternative Lösung wurde mit Nachdruck gesucht. Mapal fertigte für diese Anwendung ein Werkzeugspannfutter mit integrierten Kühlkreisläufen und Weldon-Aufnahme. Die Luftzufuhr erfolgt intern über die Spindel und kann sehr feinfühlig reguliert werden. Das Gesamtsystem ist während des Rührreibschweißens stabil.

Zusammenfassung

Integrierte Kühlkanäle, doppeltes Spannen, zusätzliche Verstellmöglichkeiten, alternative Abmaße oder Vermeidung von Störkonturen – bei der Ausgestaltung von Hydrodehnspannfuttern wurden die Grenzen des Machbaren signifikant verschoben. In Zusammenarbeit mit den Kunden entstehen innovative, anwendungsorientierte Lösungen, die darüber hinaus auch wichtige Impulse für die Weiterentwicklung des Standardsortiments der Hydrodehnspanntechnik geben.

Mapal Dr. Kress KG
www.mapal.com
EMO Halle 4 Stand A18

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