Mapal: Technologiepartner für die Zerspanung von Aluminium

„Um unseren Kunden die für sie optimalen Zerspanungsprozesse anzubieten, stellen wir neben unserem Produkt- und Anwendungsportfolio in partnerschaftlicher Zusammenarbeit unsere Markt-, Werkstoff- und Engineeringexpertise zur Verfügung. Nur im Zusammenspiel aller Einflussfaktoren kann das volle Potenzial eines Bearbeitungsprozesses gehoben werden. Dafür steht Mapal seit vielen Jahren und das zeigen wir auch auf der AMB 2024 anhand vieler eindrucksvoller Beispiele“, betont Jacek Kruszynski.

Aluminium-Werkstoff-Knowhow als Schlüssel für optimale Zerspanungsprozesse

Aluminium und Aluminiumlegierungen sind an sich gut zerspanbar. Weil die Schnittkräfte niedrig sind, erreichen Anwender bei entsprechender Prozessauslegung hohe Schnittwerte und insbesondere auch hohe Standzeiten. Jedoch haben auch Aluminiumlegierungen spezielle Eigenschaften, die es zu beherrschen gilt. Darüber hinaus tragen die Geometrien der Bauteile und die immer höher werdenden Anforderungen an Toleranzen und Prozessfähigkeit zu Herausforderungen in der Zerspanung von Aluminium bei.

Grundsätzlich lassen sich Aluminiumlegierungen in die Hauptbereiche: Gusslegierungen, Knetlegierungen und pulvermetallurgischen Legierungen einteilen, wobei hauptsächlich die zwei erstgenannten für die Zerspanung eine Rolle spielen. Bei den Gusslegierungen werden durch verschiedene Legierungsbestandteile und unter Berücksichtigung des entsprechenden Gießverfahrens die gewünschten Eigenschaften der Bauteile eingestellt. Beim Gießen möchte man so nah als möglich an die Endform des Bauteils herankommen, um die mechanische Bearbeitung zu vereinfachen. Diese „Near Net Shape“-Technologie hat sich insbesondere in der Massenfertigung etabliert.

Für die Zerspanung gegossener Teile ist bezüglich der Legierungsbestandteile hauptsächlich der Siliziumanteil entscheidend, da dieser stark auf den Verschleiß und die Standzeit Einfluss nimmt. Auch bei den Knetlegierungen werden die gewünschten Eigenschaften durch Legierungsbestandteile entsprechend beeinflusst, wobei der Siliziumanteil hier sehr gering ist, um die spanlose Formbarkeit zu gewährleisten. Um auch hier gute Festigkeiten und Stabilität sowie Dauerfestigkeiten zu erreichen, werden andere Legierungsbestandteile verwendet. Es entstehen kalt- oder warmaushärtbare Legierungen, die zu Halbzeugen verarbeitet und anschließend spanend bearbeitet werden.

Lösungen für Aluminium-Teilefertigung und Montage in der Luftfahrt

Die Luftfahrtbranche setzt Werkzeuge von Mapal sowohl für das Part Machining ein, also das Herstellen von Bauteilen, die zu Sektionen des Rumpfes oder einem Flügel zusammengebaut werden, als auch für die Final Assembly, bei der die einzelnen Sektionen zur gesamten Maschine zusammengebaut werden.

Beim Part Machining von Aluminiumkomponenten wird das Bauteil sehr häufig aus dem vollen Material herausgearbeitet. Zerspanungsraten von mehr als 90 Prozent erfordern eine effiziente Volumenzerspanung, um in kürzester Zeit möglichst viel Rohmaterial zu zerspanen. Leistungsfähige Werkzeuge sind hier ein wichtiger Schlüssel.

Stark variierenden Anforderungen müssen die Werkzeuge beim Final Assembly gerecht werden. Hier wird häufig nicht nur Aluminium bearbeitet, sondern zusätzlich in der gleichen Bearbeitungssequenz weitere Leichtbaumaterialien wie Titan oder faserverstärkte Kunststoffe. Diese sogenannten Stacks als Materialkombination sind eine besondere Herausforderung, da die Zerspanungseigenschaften der kombinierten Materialien sehr unterschiedlich sind und das Werkzeug diesen gemischten Anforderungen gerecht werden muss.

Zur Gewichtseinsparung setzt die Luftfahrtindustrie seit jeher Aluminium für die Bauteile ein. Neben dem günstigen Verhältnis von Stabilität zu Gewicht erfüllt das Material auch andere Anforderungen wie beispielsweise Korrosionsbeständigkeit, Dauerfestigkeit und geringe Versprödung. Insofern besteht hoher Bedarf an Bearbeitungslösungen für Aluminium in der Teilefertigung, aber auch insbesondere in der Endmontage von Flugzeugen.

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Gewichtsreduzierung im Automobil durch Aluminiumbauteile

Gewichtsreduzierungen sind auch in der Entwicklung von Elektrofahrzeugen ein wesentlicher Fokus: Jedes Kilogramm weniger bedeutet schließlich mehr Reichweite und weniger CO₂. In der mechanischen Bearbeitung von Bauteilen für Elektrofahrzeuge finden sich auch solche, die mit bekannten Prozessen und Werkzeugen sehr gut zu beherrschen sind. Jedoch kommen auch zwangsläufig neue Systeme und Bauteile in E-Fahrzeuge, die durch ihre Funktion betreffend Geometrie und Genauigkeit und/oder Materialeigenschaften neu entwickelt werden müssen. Insbesondere bei der Skalierung der Produktionsmengen innerhalb der Automotive Branche und den damit gewohnten Ansprüchen an Prozessstabilität, konstante Bauteilqualität und niedrigem Kostenniveau, muss die Werkzeugbranche Antworten haben.

Ein Beispiel für besondere Anforderungen sind die E-Motorengehäuse. Die große Statorbohrung mit Durchmessertoleranzen im Bereich von IT6 bis IT7 und Rundheiten und Zylinderform von 20 bis 30 µm oder weniger, in Kombination mit anderen Funktionsflächen zur Aufnahme von Rotor und Getriebeelementen, erfordert höchste Genauigkeiten bezüglich Form- und Lagetoleranzen.

Ein weiteres Beispiel sind große Batteriewannen, deren Hauptstruktur aus Strangpressprofilen besteht, für die niedrigsiliziumhaltiges Aluminium zum Einsatz kommt. Hier gilt es, Späne und Gratbildung zu beherrschen sowie die sehr großen Teile mit produktiven Schnittwerten ohne Vibrationen zu bearbeiten. Das gilt auch für den Trend zum Mega- oder Gigacasting, bei dem großflächige Strukturbauteile nicht mehr aus Einzelteilen bestehen, sondern in einem Stück gegossen werden. Größe und Vibrationsneigung der Bauteile erfordern spezielle Werkzeuggeometrien für schwingungsarme Bearbeitungen mit hoher Präzision. Eine weitere Herausforderung sind in diesem Zusammenhang neue langspanende Aluminiumlegierungen, deren Zerspanungseigenschaften es zu beherrschen gilt.

Bearbeitungslösungen für Elektromobilität, Verbrennungsmotoren und Aluminiumbauteile

Aluminium wird aufgrund seiner Eigenschaften auch in vielen anderen Branchen verwendet. Je nach Produktionsstückzahl und Variantenvielfalt setzen Anwender bei Bauteilen mit hohem Zerspanungsanteil vermehrt standardisierte Zerspanungslösungen ein. Doch auch hier sind Bauteile aus Aluminium in großen Stückzahlen zu finden, die einen hohen Anspruch an individuelle Konzepte haben. Beispielsweise werden in der Fluidtechnik Komponenten wie Pneumatikventilgehäuse oder Pneumatikzylinder in hohen Stückzahlen gefertigt. Für Branchen mit hoher Varianz bei kleinen Stückzahlen sind standardisierte Werkzeuglösungen sinnvoll.

Breites Produkt- und Anwendungsportfolio für Aluminium

Aus der langjährigen Tätigkeit und unzähligen Lösungen, die für die Bearbeitung von Aluminium entwickelt wurden, ist bei Mapal ein breites Produkt- und Anwendungsportfolio entstanden. Für die Bohrungsbearbeitung werden die klassischen Anwendungen Feinbohren, Reiben und Aufbohren bestens abgedeckt. Mit der Führungsleistentechnologie zum Feinbohren erzielt Mapal höchste Genauigkeiten betreffend Durchmesser, Rundheit und Zylinderform in Bauteilen.

Bei den Werkzeugen mit festen Schneiden zum Reiben und Aufbohren bietet Mapal ein einzigartiges Portfolio im Bereich der PKD-Werkzeuge, das einfache Werkzeuge für einen Durchmesser mit Fase bis hin zu sehr komplexen Werkzeugen für mehrstufige Bohrungsgeometrien umspannt. Für das Bohren ins Volle steht ebenfalls eine große Auswahl an Vollhartmetallbohrer und Bohrer mit Wendeschneidplatten zur Verfügung. Besondere Herausforderungen sind in diesem Bereich das Tiefbohren und Trockenbohren, für die jeweils sehr spezielle Geometrien und Knowhow nötig werden.

Für das Fräsen von Aluminium bietet Mapal ein breit gefächertes Programm aus Planfräsern, Volumenfräsern, Schaftfräsern und Sonderausführungen. So stehen für das Planfräsen Baureihen mit Kassetten oder Wendeplatten sowie als feste Ausführung zur Verfügung. Als Schneidstoffe kommen PKD und Hartmetallsorten zum Einsatz, die verschiedene Schnitttiefen in Kombination mit geforderten Oberflächengüten und -profilen abdecken. Ein Beispiel hierfür ist die Erzeugung eines speziellen Kreuzschnittmusters für Dichtflächen. Zum universell anwendbaren Programm an Schaftfräsern aus Vollhartmetall oder mit PKD-Schneiden verfügt Mapal über Produkte, die spezielle Anforderungen bedienen, wie erhöhte Genauigkeiten, vibrationsanfällige Bauteile oder die Hochvolumenbearbeitung.

Engineering für die perfekte Aluminiumzerspanung

Das Produktprogramm und das hohe Fertigungs-Knowhow bilden die Basis für den optimalen Zerspanungsprozess bei Aluminiumkomponenten. Doch mit den Werkzeugen allein ist es nicht getan. Erst die Kunst des Engineerings macht aus einem breiten Produkt- und Anwendungsportfolio eine perfekte Lösung. In diesem Punkt liegt die Stärke von Mapal. Die lange Erfahrung und Entwicklung von immer wieder neuen Lösungen für die Produktion von Aluminiumkomponenten machen den Werkzeughersteller zum erstrangigen Lösungsanbieter in diesem Bereich. Dabei steht der Anwender im Mittelpunkt.

Nach der Philosophie von Mapal ist die optimale Lösung nur diejenige, die exakt auf die Bedürfnisse und Anforderungen des Kunden zugeschnitten ist. Erwartet wird dabei kein Over-Engineering, sondern die anforderungsorientierte Auslegung von Bearbeitungsprozessen. Mapal versteht sich als Lösungsanbieter und Technologiepartner und betrachtet im Unterschied zum reinen Werkzeuglieferanten nicht nur die technischen Gesichtspunkte, sondern versetzt sich in die Welt des Kunden hinein. Diese Kundenzentrierung steht hinter dem Lösungsansatz „Basic-Performance-Expert“ und ermöglicht es Mapal, dem Kunden die Werkzeuge für seine Anliegen „auf den Leib zu schneidern“.

Das zeigt Mapal auf der AMB 2024

Neben der Aluminiumbearbeitung liegt das Augenmerk auf dem Mapal-Messestand auf innovativen Bearbeitungslösungen für die Fokusbranchen Automotive, inklusive Lösungen für elektrische angetriebene Fahrzeuge, Luftfahrt, Fluidtechnik sowie den Werkzeug- und Formenbau.

Neue Trennstelle für schnellste Werkzeugwechsel

Mapal stellt zur AMB 2024 eine neue, zum Patent angemeldete Bajonett-ähnliche Trennstelle für Wechselkopffrässysteme vor. Anwender profitieren von einfachem Handling, steifer Verbindung und optimaler Kühlung.

Das Funktionsprinzip ist einfach: Der Wechselkopf wird eingesetzt, um 90 Grad gedreht und arretiert. Dies ist deutlich leichter als beim bisherigen System mit Gewinde. Durch die große Zylinderplananlage erreicht das Bajonett-System hohe Steifigkeit und gute Kräfteverteilung. Mapal präsentiert auch ein neues Halter-Design mit Kühlkanalbohrungen für höheres Kühlvolumen. Das Kühlmittel wird direkt zu den Schneidkanten geleitet, was die Lebensdauer der Werkzeuge und die Bearbeitungsqualität erhöht. Die höhere Steifigkeit der Fräsköpfe durch Verzicht auf eine Kühlkanalbohrung verbessert Form- und Lagetoleranzen, Prozessruhe und Standzeiten.

Mapal stellt zur AMB zwei erste Anwendungen vor: einen fünfschneidigen Fräskopf für homokinetische Gelenke und einen Formfräser für Antriebswellen.

Spotfacing-Werkzeug mit Mikrostopp-Käfig für die Flugzeugmontage

Um Flugzeuge gegen Blitzeinschläge zu schützen, müssen alle Teile elektrisch leitfähig miteinander verbunden sein. Dazu wird bei der Montage im Bereich von Bohrungen der Lack entfernt. Mapal hat für dieses sogenannte Spotfacing ein Werkzeug mit patentiertem Mikrostopp-Käfig entwickelt, das die herkömmlich eingesetzten Bürsten ablöst und darüber hinaus das Senken, Fasen und Entgraten übernimmt.

Das neue Mapal Spotfacing-Werkzeug, eine Plug-and-Play-Lösung, dreht sich in einem Mikrostopp-Käfig und ragt nur so weit über diesen hinaus, wie Material abgetragen werden soll. Mit seiner langen Standzeit kann ein Werkzeug mehrere Hundert Bürsten ersetzen und ist damit nicht nur besonders prozesssicher, sondern auch sehr wirtschaftlich.

Beim Einsatz zum zuverlässigen Entgraten liegen die Werkzeugschneiden komplett innerhalb des Käfigs und lassen vom Grat noch 0,1 mm stehen. Nützlich ist der Tiefenanschlag ferner zum Senken oder Fasen. Die optionale Staubabsaugung ist bei der Bearbeitung von Composites ein geschätztes Feature.

Mapal Dr. Kress KG
AMB Halle 1 Stand C11