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MAN Energy Solutions: Gewindefräsen im Formel-1-Tempo

| Autor / Redakteur: Matthias Böhm / Silvano Böni

Schnelle Integration des Fräsverfahrens

Markus Eggler: «In diesem Zusammenhang muss ich sagen: Die Integration des neuen Gewindefräsverfahrens ging extrem schnell. Denn ich habe den neuen Gewindefräser vom Typ T2711/T2712 erst im Januar dieses Jahres den Verantwortlichen präsentiert. Seit April 2018 ist er bereits im Einsatz. Und das unter den zuvor genannten Voraussetzungen. Das ist alles andere als selbstverständlich.»

D. Birrer: «Da muss ich Herrn Eggler zustimmen. Selbstverständlich ist das nicht, denn wie gesagt, an oberster Stelle steht für uns die Prozesssicherheit. Das liegt nicht zuletzt daran, dass die zu bearbeitenden Bauteile allein aufgrund ihrer Grösse recht kapitalintensiv sind. Ausschussteile können wir uns nicht leisten. Auf der anderen Seite müssen wir schnell und produktiv fertigen, um die Maschinenlaufzeiten zu reduzieren. Das hört sich an wie die Quadratur des Kreises, aber die Einführung des neuen Gewindefräsers mit den entsprechenden Gewindefräsoperationen zeigt, dass wir die Quadratur des Kreises relativ gut im Griff haben.»

Gewindefertigung: kritische Fertigungsoperation

Gewindefertigung gehört zu den kritischeren Verfahren in der gesamten Fertigungskette. Nicht zuletzt, weil es oft der letzte Verfahrensschritt ist. Wenn das Gewinde Ausschuss ist, dann kann das komplette Bauteil Ausschuss sein, oder teure und aufwendige Nachbearbeitungen stehen an. Beides ist in diesem zeitgetriebenen Projektgeschäft bei MAN Energy Solutions ein «No-Go».

Vor Ort hatte der SMM-Redaktor die Möglichkeit, den neuen Walter-Gewindefräser beim Einsatz an einer Pama-Werkzeugmaschine zu begutachten. Ein von den Dimensionen her eindrückliches Fahrständerfräszentrum, das in der Schweizer Industrielandschaft seinesgleichen sucht und 2005 durch ein Retrofit modernisiert wurde. Allerdings bleiben die Spindel-Drehzahlen als auch Beschleunigungs- und Vorschubwerte im Rahmen, was nicht zuletzt den Abmessungen und den verfahrbaren Massen des Fahrständerzentrums geschuldet ist.

Unterschiedliche Gewindefräsverfahren

Markus Eggler: «Für die Gewindefertigung können unterschiedlichste Verfahren angewendet werden. Gewindeschneiden, Gewindefräsen oder Gewindeformen. Alle Verfahren verfügen über spezifische Vor- und Nachteile. Welches Verfahren optimal zum Einsatz kommt, hängt sehr stark von den fertigungstechnischen Bedingungen ab. Welche Grösse hat das Gewinde, welchen Werkstoff bearbeite ich, über welche Steifigkeit verfügt der Fertigungsprozess (Maschine, Bauteil, Aufspannung, Werkzeugauskragung), wie gross ist die Serie usw.»

Ergänzendes zum Thema
 
Unterschiedliche Typen von Gewindefräsern

D. Birrer: «Das sind genau die Punkte, die wir beachten müssen. In unserer Grossteilebearbeitung haben wir regelmässig Gewinde, die grösser als 27 mm sind. Bei diesen Gewindedurchmessern verliert das klassische Gewindebohren mit HSS-­Gewindebohrern an Bedeutung, nicht zuletzt wegen der Prozesssicherheit (Stichwort Werkzeugbruch), aber auch wegen der Kosten, denn man benötigt
für jeden Gewindedurchmesser einen passenden Gewinde­bohrer. Auch die Drehmomente, die für das Bohren dieser Gewinde aufzuwenden sind, sind beim klassischen Gewindeschneiden alles andere als unkritisch. Das sind letztlich die Gründe, dass wir ab 27 mm Gewindedurchmesser konsequent auf das Gewindefräsverfahren umsteigen, mit hervorragenden Ergebnissen.»

Neu: dreireihiges Fräswerkzeug

M. Eggler: «Gewindefräsen ist kein neues Fertigungsverfahren. Aber die Werkzeugentwicklung geht ständig weiter. Sei es im Bereich der Schneidengeometrien, im Bereich der Grundkörperkonzeption, der Substrate für die Wendeschneidplatten und der Beschichtungstechnologie. In all diesen Technologiebereichen verfügt unser neuer Gewinde­fräser über innovative Entwicklungen. Mit dem Wende­schneid­platten-Gewindefräser T2711/T2712 haben wir ein komplett neues Werkzeug zur Bearbeitung grösserer Gewinde ab Nenndurchmesser 24 mm entwickelt, das bisherige Fertigungsmöglichkeiten in den Schatten stellt.»

Bestückt ist der neue Gewindefräser T2711/T2712 mit spezifisch entwickelten Gewindefräsplatten: mit je drei Schneidkanten, leichtschneidender Geometrie sowie einer Spanmulde für das Gewinde­fräsen. Er ist universell einsetzbar für Gewindetiefen bis 2,5 × DN sowie einen Steigungsbereich von 1,5 bis 6 mm bzw. 18-4 TPI und eignet sich für alle Materialien der ISO-Werkstoffgruppen P, M, K, S und H bis 55 HRC.

M. Eggler: «Der Gewindefräser verfügt konkret über drei Schneidreihen sowie eine einstellbare Kühlmittelzufuhr mit radialen oder axialen (für Sacklöcher) Kühlmittelaustritten. Er bietet somit eine Symbiose zwischen einreihigen und vielreihigen Werkzeugen und kann die Vorteile beider Werkzeug­arten voll ausspielen.» (Siehe Kasten: Unterschiedliche Typen Gewindefräser)

Vorher 10 Minuten, heute knapp über eine Minute

An dem zu fertigenden Gehäuse gibt es vier Befestigungsflansche mit je einem Gewinde M56 und 100 mm Tiefe. Darüber hinaus müssen an der Stirnseite 18 Gewinde à M64 und 82 mm Tiefe gefertigt werden. An den Druckstutzen sind nur Durchgangsbohrungen. Alle anderen Gewinde an diesem Gehäuse sind kleiner als M27 und werden gebohrt.

Die erzielten Zeiteinsparungen sind enorm. Die M56er-Gewinde wurden mit dem bisherigen Gewinde­fräs­verfahren (einreihig, Wechselkopf­system) in 40 Minuten gefräst. Mit dem neuen Gewinde­fräser werden noch 8 Minuten benötigt. Hier musste in zwei Schnitten (Schruppen, Schlichten) gefertigt werden.

Für die an der Stirnseite des Gehäuses zu fertigenden M64er und 82 mm tiefen Gewinde (18 Stück) wurden mit dem bisherigen Gewindefräsverfahren (Wechselkopffräser, einreihig) 180 Minuten benötigt. Hier konnte die Fertigungszeit auf 22 Minuten gesenkt werden. Pro Gewinde wurden bisher 10 Minuten benötigt, jetzt geht es in 1,2 Minuten, weil wegen der besseren Zerspanungsbedingungen als beim Befestigungsflansch das Gewinde in einem Schnitt gefertigt werden kann. Die gesamte Einsparung der Fertigungszeit an dem hier beschriebenen Bauteil beläuft sich somit auf 190 Minuten.

D. Birrer: «Wir machen uns regelmässig Gedanken, wie ein Bauteil schneller gefertigt werden kann. Ich muss schon sagen, das war ein Glücksgriff mit dem neuen Gewindefräser von Walter. Meist ist es so, dass man erst einmal skeptisch ist. Aber wie das in diesem Fall geklappt hat, das war schon sensationell. Die generelle Einsparung über alle Gewinde ab M27 liegt mit dem neuen Verfahren zwischen 80 und 85 Prozent. Das sind herausragende Werte. Noch dazu ist es ein hochgradig sicherer Prozess. Bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung sind wir von 3000 Gewinden im Jahr ausgegangen.»

Ein wichtiger Grund für die kürzere Bearbeitungszeit mit dem neuen Walter-Gewindefräser liegt in seiner dreireihigen Ausführung. Der Ge­winde­fräser wird bis zu zwei Drittel der gesamten Gewindelänge in das Kernloch eingeführt und dann radial auf volle Gewindetiefe zugestellt. Dann sind alle Schneiden der drei versetzten Schneidenreihen zeitgleich im Einsatz und müssen lediglich ein Drittel der gesamten Gewindelänge (100/3 mm) bearbeiten. Allein dadurch wird bei sonst gleichen Schnittwerten wie beim bisherigen Gewindefräsverfahren die Bearbeitungszeit um ein Drittel reduziert. Hinzu kommt, dass das Gewinde nach ein bis zwei Durchgängen fertig ist. Mit dem bisherigen Verfahren mussten drei bis vier Durchgänge gefahren werden.

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