Mapal: Sonderwerkzeuge Hochgenau auf drei Durchmesser feinbohren

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Ein individuell abgestimmtes Stufenfeinbohrwerk­zeug von Mapal verkürzt deutlich die Bearbeitungszeiten beim Bohren in Komponenten aus Grauguss. Vorteile sind zudem höhere Genauigkeiten beim Durchmesser, konzentrische und fluchtende Bohrungen sowie eine bessere Oberflächengüte.

Die Tornos AG bearbeitet wesentliche Schlüsselkomponenten ihrer Drehmaschinen grundsätzlich selbst. Dazu erläutert Jean-Luc Maurer, Prozessverantwortlicher bei der Tornos SA in Moutier (Schweiz): «Bei bestimmten Schlüsselkomponenten unserer Produkte sind die Präzisionsanforderungen so hoch, dass wir ihre Bearbeitung grundsätzlich nur selbst durchführen.» Nur so könne man den strengen Vorgaben an Genauigkeit und Qualität entsprechen.

Stufenbohren in Grauguss

Das gilt auch für eine Bauteilfamilie aus GGG 40. Es müssen mehrere zylindrische Bohrungen bei äus­serst strengen Vorgaben bezüglich Genauigkeit der Abmessungen, Konzentrizität und Oberflächenqualität eingebracht werden. Gefertigt wird auf einem hochpräzisen Bearbeitungszentrum unter Beachtung aussergewöhnlich genauer Vorschriften auch bezüglich der thermischen Verhältnisse von Bauteil, Maschine und Messraum. Meist ist die Maschine mehr als zehn Stunden für diesen Bearbeitungsschritt belegt. Das verursacht hohe Kosten. Daher suchten die Verantwortlichen nach Möglichkeiten, mit Hilfe eines Spezialwerkzeugs wirtschaftlicher zu bearbeiten. Nur so lassen sich dauerhaft hohe Genauigkeiten verwirklichen. Inzwischen hat sich ein spezielles, von MAPAL entwickeltes Stufenfeinbohrwerkzeug bewährt.

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Drei Durchmesser 345 mm tief

Die anspruchsvolle Bearbeitung beschreibt Jean-Luc Maurer: «Am Bauteil sind sechs Bohrungen einzubringen, die jeweils drei ineinander übergehende zylindrische Bereiche mit 100, 99 und 98 mm Durchmesser haben. Die Abweichung bei der Konzentrizität aller drei Bohrungen darf ungeachtet von 345 mm Gesamtlänge der Bohrungen maximal 10 µm betragen.» Wie er weiter berichtet, befindet sich zusätzlich im ersten Bereich, der auf Toleranz H5 gebohrt sein muss, eine Nut. Das bedingt einen unterbrochenen Schnitt mit entsprechenden Auswirkungen auf die Auslenkung und die Schwingungsanregung des eingesetzten Feinbohrwerkzeugs. Die daran anschliessende Bohrung mit 99 mm Durchmesser ist auf 0,05 mm genau im Durchmesser zu bearbeiten. Im letzten Bereich ist die 98 mm im Durchmesser messende Bohrung auf Toleranzen –0/+15 µm zu bohren. Erschwerend befinden sich dort mehrere Ringnuten. Zudem ist auf Ra 1,2 µm Oberflächenrauheit zu bearbeiten.

Nebenzeiten verkürzen

«Ehemals wurden die abschliessenden Bearbeitungsgänge mit drei unterschiedlichen Ausdrehwerkzeugen durchgeführt», sagt Andreas Mollet, in der Schweiz Gebietsverkaufsleiter für Werkzeuge von Mapal. Das verursachte lange Nebenzeiten für Werkzeugwechsel und das Messen von Durchmessern und Oberflächenrauheit. Zusätzlich entstanden beim Wechseln minimale Abweichungen beim Positionieren in der Maschine. Bei der Länge der Werkzeuge und den ausserordentlich strengen Vorgaben an Genauigkeit verursachte dies zusätzliche Ausschussrisiken. Angesichts der hohen Wertigkeit des bereits weitgehend bearbeiteten Bauteils be­inhaltete dieser Fertigungsablauf hohe Risiken, unnötige Kosten zu verursachen.

Komplett mit einem Werkzeug

«Tornos wollte von uns deshalb ein Spezialwerkzeug, mit dem sich sämtliche Bearbeitungen in nur einer Aufspannung erledigen lassen», berichtet Andreas Mollet. Bedenken gab es zunächst mit Blick auf die erforderliche Länge sowie das entsprechende Gewicht. Auch musste gewährleistet werden, dass es nicht zu Positionierungsfehlern durch eventuelle axiale Abweichungen der vorher eingesetzten Schruppwerkzeuge kam. Deshalb entschieden sich die Entwickler bei Mapal, das Werkzeug als Feinbohrwerkzeug zu gestalten. Es ist mit einer Aufnahme BT 50 FC ausgeführt. Zum exakten Führen auch bei unterbrochenem Schnitt sorgen insgesamt fünf Führungsleisten aus polykristallinem Diamant (PKD) in jeder der drei Stufen. Das Werkzeug ist für die drei Durchmesserbereiche jeweils mit einer zweischneidigen, beschichteten Hartmetall-Wende­schneidplatte ausgestattet. Die Schneiden können radial und hinsichtlich der Verjüngung feinfühlig justiert werden. Sind die Abweichungen aus der vorgängigen Bearbeitung ausreichend klein verglichen mit dem erforderlichen Restaufmass, werden sie nachgängig korrigiert. Das ermöglicht ein kleiner Überstand der Schneiden zu den Führungsleisten. Das Stufenfeinbohrwerkzeug folgt über die gesamte Länge des Werkstücks seiner eigenen Bahn. Es werden Oberflächenrauheiten Ra von 1,0 bis 1,2 µm verwirklicht.

Schneller hochgenau bearbeiten

Gegenüber der früheren Arbeitsweise verkürzt das Sonderwerkzeug die Bearbeitungszeit beim Feinbohren der sechs Durchgänge um 20 bis 25 Prozent. Somit können die Spezialisten bei Tornos die Bearbeitung auf dem Bohrwerk innerhalb einer Schicht fertigstellen. Innerhalb dieser doch noch langen Zeit werden von den Technikern Durchmesser und Oberflächenrauheit jeder Bohrung auf der Maschine manuell geprüft und gemessen. Abschliessend misst eine Fachkraft das gesamte Bauteil auf einem hochgenauen, auf 3 µm messenden Koordinatenmessgerät.

«Das von Mapal entwickelte Werkzeug ist jetzt seit geraumer Zeit im Einsatz. Mit den Ergebnissen sind wir sehr zufrieden», bilanziert Jean-Luc Maurer. Positiv ist aus seiner Sicht, dass das Werkzeug mit Wendeschneidplatten ausgestattet ist und dass der Werkzeughersteller ein spezielles Einstellgerät zum Justieren der Schneiden in mehreren Dimensionen bei 1 µm Auflösung bereitgestellt hat. Dank der Wendeschneidplatten können jetzt mit jedem Satz Schneiden insgesamt sechs bis acht Werkstücke bearbeitet werden. Somit sind die Schneidstoffkosten im Vergleich zur vorherigen Arbeitsweise signifikant niedriger. – kmu – SMM

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