EMO 2017 Anwendungsorientierte Hydrodehnspannfutter

Redakteur: Silvano Böni

Die Produktion von Spannfuttern mithilfe additiver Fertigung hat 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.

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Für jede Anwendung und die verschiedenen Schnittstellen bietet Mapal das optimale Hydrodehnspannfutter.
Für jede Anwendung und die verschiedenen Schnittstellen bietet Mapal das optimale Hydrodehnspannfutter.
(Bild: Mapal)

Von den verfügbaren Spanntechniksystemen trägt die Hydrodehnspanntechnologie dem Faktor Genauigkeit 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.

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Die Grenzen hinsichtlich Drehmomentübertragung, Temperaturbeständigkeit und auch Prozesssicherheit, die für Hydrodehnspannfutter galten, hat das Unternehmen 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 Jochen 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.»

Beispiel 1: Integrierte Radialeinstellung im Bund für 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.

Beispiel 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.

Beispiel 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, sodass 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. SMM

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