Im Verlauf der kontinuierlichen Prozessoptimierung haben die Produktionsverantwortlichen der Firma Stiebel Eltron in Holzminden sich die Aufgabe gestellt, die kompletten Fertigungsprozesse in der Automatendreherei zu analysieren. Besonders der Bereich der kurvengesteuerten Traub-Kurvenautomaten sollte intensiv auf Einsparung von Produktionskosten untersucht werden. Die Drehautomaten sind zwar schon länger im Einsatz, arbeiten aber bei der Produktion von Serienkleinteilen noch immer hoch produktiv.
Herr Marcel Gobrecht, Gruppenleiter Maschinenpark und CAM Programmierer bei Stiebel Eltron, wählte für dieses Vorhaben die Unterstützung der Ingersoll-Fachleute Wolfgang Schuppe, Beratung und Verkauf, und Michael Tobisch, Anwendungstechniker. „Ich habe mit beiden Herren in der Vergangenheit einige Optimierungsprozesse sehr erfolgreich erarbeitet und umgesetzt. Deshalb fiel die Wahl wieder auf Ingersoll, da die Betreuung einfach vorbildlich ist.“, so Gobrecht.
Erste Optimierung: Bauteil Lötbuchse
Das erste Bauteil, das für eine Optimierung ausgewählt wurde, war eine Lötbuchse, die besonders nach einer Umstellung des Werkstoffes Probleme bei der Zerspanung bereitete. Die Buchse wird in einer hohen Stückzahl auf einem der kurvengesteuerten Drehautomaten produziert. Der Werkstoff der Buchse ist vor einiger Zeit von der Messinglegierung CuZn39Pb2 auf eine bleifreie Trinkwasserlegierung CuZn21Si3P umgestellt worden.
Durch den Wegfall des Bleis und den Zusatz von Silicium verschlechterte sich nicht nur die Spanbildung, sondern auch die Standzeit des Werkzeuges reduzierte sich bei der Bearbeitung des geänderten Werkstoffes dramatisch. Der Spanbruch war mit dem neuen Werkstoff nicht mehr akzeptabel, die langen Wirrspäne behinderten den Abtransport der Späne und es kam zu massiven Störungen in der automatisierten Fertigung, da die langen Späne Stau im Späneförderer verursachten.
Für die Tests wurde die Einstechplatte TGUX2506 gewählt. Mit der Einstechplatte kann die gesamte Außenkontur der Buchse in einer Einstechoperation erstellt werden. Die ersten Einsätze waren auf Anhieb chancenversprechend: Es gab keine Vibrationen beim Einstechen der Außenkontur, das Maß war konstant und die Spankontrolle deutlich besser. Aufgrund des stabilen Schneidverhaltens konnte trotz der labilen Schnittbedingungen, der Vorschub bei der Bearbeitung wesentlich erhöht werden. Die Produktionsmenge stieg von 190 Teile/Stunde auf 420 Teile/Stunde. Die Erhöhung des Vorschubes wirkte sich zusätzlich positiv auf die Spanbildung aus. Die nun produzierten kurzen Lockenspäne stellen kein Problem für den Spanförderer mehr dar.
Eine weitere Optimierung stellte sich erst nach längerem Einsatz der neuen Einstechplatten heraus. Die erreichte Standmenge stieg von 3500 auf 75 000 Bauteile. Dies entspricht einer Steigerung auf 2140 %, die ihre Gründe sicherlich zum Teil in der ruhigen Zerspanung, aber auch zum Großteil in dem sehr guten Schneidstoff haben.
Der gemeinsame Verbesserungsschritt in der Automatendreherei war also ein voller Erfolg:
- Deutlich bessere Spanbildung für den automatisierten Prozess,
- Ausbringung mehr als verdoppelt,
- Standmenge um den Faktor 21 erhöht und
- Schneidstoffkosten auf 2 % reduziert.
Auf der Basis dieses überaus positiven Ergebnisses wurden weitere Bearbeitungen mit Konturplatten in der Automatendreherei untersucht und Konturschneidplatten von Ingersoll angefertigt. Bisher konnten schon mehrere verschiedene Bauteile auf die neuen Konturschneidplatten umgerüstet werden, die allesamt bei den Tests deutlich bessere Ergebnisse in Bezug auf Bearbeitungszeit und Standmenge gebracht haben.
Reduzierte Fertigungszeit durch Kombiwerkzeug
Nach der erfolgreichen Reduzierung der Fertigungskosten bei der Lötbuchse, konzentrierte man sich im nächsten Schritt auf die Innenbearbeitung. Ausgewählt wurde eine Mutter G1/2“ aus Messing, mit jährlich hoher Stückzahlenproduktion.
Marcel Gobrecht und Michael Tobisch waren sich einig, dass aufgrund der jetzigen Maschinenparameter eine Verbesserung der Schnittwerte für das Messingbauteil Mutter G1/2“ so nicht mehr möglich ist. Die Lösung konnte nur in der Reduzierung der Werkzeugwechselzeit liegen. Die Idee war der Einsatz eines Kombiwerkzeuges.
Die komplette Innenbearbeitung (Herstellung der Bohrung und Anbringung der beiden Fasen, sowie das Hinterstechen) sollte durch ein Werkzeug erfolgen – einem Chip-Surfer in Sonderausführung, der die gesamte Innenkontur in fünf Bearbeitungszyklen (inkl. Rückstellung) fertigstellt. Der ausgewählte Chip-Surfer ersetzt zwei bisher eingesetzte Werkzeuge und spart einen Werkzeugwechsel, inklusive Fasoperation.
Die bisher benötigten drei Werkzeuge für die Innenbearbeitung (Bohren für G1/2“ sowie Fasen 60° links und Fasen 60°rechts) konnten bei den Tests durch ein Werkzeug ersetzt werden. Durch die Reduzierung der Bearbeitungsschritte und der Werkzeugwechsel konnte die Bearbeitungszeit um 40 % verringert werden und die Produktion deutlich gesteigert werden:
- Bearbeitungszeit um 40% reduziert,
- Produktivität um 66 % gesteigert,
- Standmenge auf 90 000 Bauteile vervielfacht.
Wendeschneidplatte ersetzt Einzelwerkzeug
Die Bearbeitung der äußeren Fasen (2×10°) an der schon erwähnten Mutter G1/2“ aus Messing erfolgte mit einem Sonderfaswerkzeug mit lediglich einer Schneidkante. Die erste Wahl für die Bearbeitung der äußeren Fasen war eine Gold-Flex-Fas-Stechwendeschneidplatte, die beide Fasen in einem Arbeitsgang anbringt. Im Gegensatz zum bestehenden Werkzeug hat die gewählte Lösung vier Schneidkanten und bietet deutliche Vorteile in Bezug auf schnellen Werkzeugwechsel und Wiederholgenauigkeit.
Auch bei der Außenbearbeitung der beiden Fasen der Messingmutter konnte die gefundene Wendeschneidplattenlösung überzeugen. Die Wendeschneidplatte bietet eine sehr gute Wiederholgenauigkeit sowie einen schnellen Wechsel und durch ihre 4-fach-Schneide eine hohe Wirtschaftlichkeit. Zudem konnte im Testeinsatz auch eine 30 % höhere Produktivität erreicht werden.
Fazit
Die gemeinsamen Optimierungsschritte der Zerspanungsfachleute von Ingersoll und Stiebel Eltron in der Automatendreherei zeigen, dass durch exakte Analyse der Bearbeitungsoperationen und mithilfe moderner Werkzeuge maßgebliche wirtschaftliche Erneuerungen auch bei bestehenden Prozessen und mit vorhandenen Maschinen möglich sind.
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG
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