Wenn mit 2 Sekunden 111 Maschinenstunden gespart werden Fräser perfektioniert medizintechnische Zerspanung

Von Matthias Böhm

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«Hofmann und Vratny? … nie gehört», so ähnlich ging es dem Produktionsleiter der 165 Mitarbeiter starken Aeschlimann AG in Lüsslingen. Das hat sich komplett geändert. Jüngste Anwendung: für die Zerspanung einer medizintechnischen Komponente wird auf die EXN1-Fräser-Serie von H&V gesetzt, die seitens des Schweizer Werkzeug-Spezialisten Schnyder + Minder AG für diese Anwendung empfohlen wurde.

EXN1-Fräser überzeugen durch exzellente Oberflächen als auch hervorragendes Zeitspanvolumen.
EXN1-Fräser überzeugen durch exzellente Oberflächen als auch hervorragendes Zeitspanvolumen.
(Bild: Matthias Böhm)

Prozessoptimierungen im Zerspanungsprozess gehören bei der 165 Mitarbeiter starken Aeschlimann AG zu den wichtigsten Erfolgsfaktoren. Bei der Fertigung eines medizintechnischen Aluminium-​Bauteils werden VHM-Fräser des Herstellers Hofmann & Vratny (H&V) – in der Schweiz durch Schnyder + Minder vertreten – zum Einsatz gebracht, die sich für diesen Fertigungsprozess als optimal herausgestellt haben. Hierbei handelt es sich um die EXN1-Fräser-Serie, die auf NE-Materialien zugeschnitten ist.

Uhrenindustrie wichtige Säule

Gestartet hat die Aeschlimann AG 1937 mit der Fertigung von Präzisionsschrauben für die Schweizer Uhrenindustrie. Qualität und Präzision standen ab der ersten Stunde im Fokus. Aufgrund der Seriengrösse war es schon immer entscheidend, die Taktzeiten auf ein Minimum zu reduzieren.

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Die Kundensegmente der Aeschlimann AG haben sich mittlerweile stark diversifiziert. Die heutige Kundenstruktur geht von der Luxusuhrenindustrie über Automotive, Medizintechnik, Hydraulik bis hin zum klassischen Maschinenbau. Geblieben ist der Swiss-made-Anspruch: Herstellung von qualitativ hochwertigsten Komponenten am Standort Schweiz in einem wettbewerbsfähigen Kostengefüge.

1700 Tonnen Bauteile pro Jahr

Michael Kunz: «Wir verarbeiten jährlich bis zu 1700 Tonnen Material. Unser Fokus sind Komponenten mit engen Toleranzfeldern, hohen Oberflächengüten wie auch Komplexitäten. Diese Bauteile müssen wir natürlich in einer wettbewerbsfähigen Kostenstruktur fertigen. Das bedingt höchste Maschinenauslastungen, optimal mannlos über die Nacht und am Wochenende. Letztlich muss die Ausbringung pro Maschine an Gutteilen im Optimum liegen.»

Damit sind die Rahmenbedingungen gesteckt. Und die sind: prozesssichere, hocheffiziente Werkzeugmaschinen inklusive Hochleistungswerkzeugen, die sowohl die Hauptzeiten reduzieren als auch die Werkstück-Qualität über ihre gesamte Standzeit sicher garantieren.

Michael Kunz: «Bei einem Ferrari müssen die ‹Pneus› die Leistung präzise auf die Strecke bringen. Bei einer Werkzeugmaschine übernehmen die Werkzeuge diese Funktion.»

Wenn aus 2 Sekunden 111 Stunden Maschinenstunden werden

«Wir müssen immer am Limit produzieren, beispielsweise im Eilgang bis 5/10 an das Werkstück, dann in den Span», so Michael Kunz. «Aufgrund unserer grossen Serien lohnt es sich immer, die Schnitt­daten zu optimieren. Wenn wir bei 200 000 Teilen zwei Sekunden rausholen, dann sind das 111 Stunden, die ich einspare. Deshalb sind 90% unserer CNC-Programme im ISO-Code programmiert, sie lassen sich einfacher optimieren als im CAM entwickelte Programme.»

Was das in der Praxis heisst, zeigt Micha­el Kunz am Beispiel eines medizintechnischen Bauteils mit Dreh- und Fräs­operationen. Es handelt sich um eine Aluminium-Komponente, die im Sicht­bereich eingesetzt wird und optisch perfekte Oberflächen aufweisen muss. Die Losgrösse liegt bei 6000 Stück pro Jahr.

Michael Kunz: «Als die Anfrage reinkam, entwickelten wir anhand der CAD-​Daten ein 3D-Modell und schätzten den Fertigungsaufwand ab, auf dessen Grundlage wir eine Offerte ausarbeiteten. Hier können wir gewinnen oder verlieren, in doppelter Hinsicht. Kalkulieren wir zu hoch, verlieren wir den Auftrag. Andersherum: Gewinnen wir den Auftrag und erkennen, dass wir keinen Gewinn mit der Produktion generieren können, weil die Prozesszeit länger als erwartet ist, dann müssen wir alles Machbare tun, um den Fertigungsprozess zu optimieren. Das war auch bei der medizintechnischen Komponente der Fall. Wir mussten optimieren.»

Mannlose Fertigung 100% prozesssicher

Die Funktions- oder Sichtflächen müssen in den geforderten Toleranzen und Oberflächengüten 100% prozesssicher – auch mannlos – gefertigt werden. Ein Teil der Oberfläche des Bauteils wird im Wälzverfahren (Gleichlauf) gefräst, hier handelt es sich um Sichtflächen mit Ra 1,0. Die H&V-EXN1-Schaftfräser haben bei dem hier verwendeten Wälzfräsverfahren ein perfektes Fräsbild erzeugt, sie sind vibrationsarm und über die gesamte Eingriffslänge extrem konturtreu. Die Fräser haben von Beginn an überzeugt in Bezug auf Zeitspanvolumen, Oberflächengüte und Standzeit.

Dominik Steiner (Leiter Innendienst / GL, Schnyder + Minder AG): «Für Alumi­nium sind schnittige Werkzeuge ideal. Gleichwohl, wenn es darum geht, eine perfekte Oberfläche zu fräsen, dann kann eine zu hohe Schnittigkeit wiederum kritisch werden. Hier spielen die Schneidkantenradien eine wichtige Rolle, sie müssen entsprechend den Anforderungen aus­gelegt werden. Die geringe Vibrations­neigung – auch sie ist für die hohe Oberflächengüte matchentscheidend – erzielen wir durch unterschiedliche Spiralnuten-​Steigungen. Zudem spielt die Beschichtung ‹Alpha-​Slide Rainbow › eine wesentliche Rolle zur Herstellung der perfekten Bauteiloberflächen.»

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Werkzeuge für Multitaskzentren

Apropos Ferrari: Multitaskzentren verfügen über andere Stärken als ein Ferrari. Sie sind perfekt für hochkomplexe Dreh-​Frästeile konzipiert. Aber sie verfügen oft nicht über genügend hohe Drehzahlen, die notwendig wären, um das Optimum an Produktivität aus den Fräswerkzeugen herauszuholen.

Michael Kunz: «Wir sprechen bei Multi­taskzentren von Drehzahlen im Bereich von 6000 1/min. 450 Schnittmeter sind mit solchen Drehzahlen bei einem 10er-​Fräser nicht machbar, das sind 200 m/min. Gleichwohl: Mit den EXN1-Fräsern konnten wir etwa 50 Prozent höheres Zeitspanvolumen generieren als mit den Mitbewerbern, weil wir mehr zustellen und höhere Vorschübe fahren können.»

Beschichtung: ein «µ» macht den Unterschied

Für die ausgezeichneten Werte der EXN1-Fräserserie sind nicht nur das Hartmetallsubstrat, die Makro- und Mikrogeometrien, sondern auch die Beschichtung ausschlaggebend, wie Remo Kohler (Geschäftsführer, Schnyder + Minder) betont: «Bei der ‹Alpha-Slide Rainbow›-Schichtstruktur handelt es sich um eine ultradünne (>1 µm) tetragonale Kohlenstoffschicht, die spezifisch auf Alu ausgelegt ist. Die Beschichtung – die Vickershärte liegt bei 4500 HV – ist eine Neuentwicklung, komplett wasserstofffrei und frei von Drop­lets.»

Dominik Steiner: «Aufbauschneiden werden durch die Schicht unterbunden, da keine chemische Affinität zu Aluminiumlegierungen besteht. H&V hat im Rahmen der Entwicklung Vergleiche mit anderen Fräsern und TAC- respektive ZrN-Beschichtungen gefahren. Dabei zeigte sich, dass beim Schruppen von AlMg3 mit der neuen ‹Alpha-Slide Rainbow›-Beschichtung eine Rauheit der Werkstückoberfläche von Ra 0,8 µm erzielt werden konnte (vc 450 m/s, fz = 0,14 mm/Z, ap = 30 mm, ae = 4 mm, KSS), gegenüber Ra 1,8 mit klassischen TAC-beschichteten Fräsern.»

Rolle des Werkzeuglieferanten

Auf die Frage, welche Rolle die Fertigungskompetenz des Werkzeuglieferanten spielt, antwortet Michael Kunz: «Die Aufgaben unseres Werkzeuglieferanten sind vielschichtig und anspruchsvoll. Weil wir sehr prozessorientiert arbeiten, ist die fachliche Beratung wie auch die Reaktionszeit matchentscheidend. Wenn wir in der Produktion ein fertigungstechnisches Problem haben, rufen wir meistens an. Deren Zerspanungsspezialisten reagieren sehr schnell – 8 Minuten Fahrweg – und können mit unseren Technikern die Situation zeitnah diskutieren. Ein weiterer Vorteil: Wir haben bereits eine gemeinsame langjährige Partnerschaft. Mir gegenüber sitzt unser ehemaliger Mitarbeiter, Domi­nik Steiner. Dominik hat bei uns einige Jahre in der Produktion gearbeitet und kennt unsere Fertigung entsprechend gut. Wir ergänzen uns ausgezeichnet.»

Die Hofmann & Vratny-Werkzeuge sind heute keine Unbekannte mehr wie noch vor drei Jahren. Die EXN1-Fräserserie wird mittlerweile breit eingesetzt, Michael Kunz begründet das wie folgt: «Die H&V-Werkzeuge bringen in unserer Produktion ausgezeichnete Ergebnisse und darüber hinaus auch eine höhere Rentabilität.» SMM

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