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Innovatives Werkzeugkonzept Mapal-Werkzeug für 2-Meter-Bohrungen

Redakteur: Matthias Böhm

Mit einem innovativen Werkzeugkonzept, das die Tangentialtechnologie mit der Führungsleistentechnik kombiniert, lassen sich extrem lange Bohrungen mit grossen Bohrungsdurchmessern in hoher Präzision prozesssicher bearbeiten.Die Schweizer Promec Estech AG hat mit diesen von Mapal entwickelten Werkzeugen eine Kolbenstangenbohrung eines Druckzylinders mit einer Länge von 2940 mm und einem Durchmesser von 360 mm erfolgreich bearbeitet.

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Fest eingelötete und gefederte PKD-Führungsleisten sorgen dafür, dass das Werkzeug sich sicher abstützt.
Fest eingelötete und gefederte PKD-Führungsleisten sorgen dafür, dass das Werkzeug sich sicher abstützt.
(Bild: Mapal/Promec)

In der Schweiz ist fast alles klein und präzis. Präzis stimmt nicht immer, aber klein trifft in diesem Beispiel überhaupt nicht zu. In diesem Beispiel geht es um «grosse Brocken», die gleichwohl hoch präzis bearbeitet werden: Promec Estech AG hat sich auf die Bearbeitung grosser und komplexer Komponenten für den Maschinen- und Anlagenbau spezialisiert.

Dimensionen fast einzigartig in Europa

Der Schweizer Zulieferer ist mit einem neuen Werkzeugsystem von Mapal in der Lage, Bohrtiefen zu meistern wie kaum ein anderer Lohnfertiger in Europa. Ein modularer Aufbau ermöglicht dabei die Anpassung an verschiedene Bohrtiefen und Bearbeitungsdurchmesser.

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Konventionelle Bearbeitungsmethoden überfordert

Die Herstellung von Bohrungen mit Längen über 1000 mm und grossen Durchmessern überfordert konventionelle Bearbeitungsmethoden: Die bei kürzeren Bohrungen dieser Art üblicherweise auf Horizontal-Bohr- und Fräswerken eingesetzten Brückenwerkzeuge rattern mit zunehmender Bohrtiefe immer stärker, bis selbst eine grosszügige Bemessung der Zugabe für das Honen keine zufriedenstellende Oberflächengüte mehr garantiert.

Das ist nicht zuletzt dann problematisch, wenn es sich um eine Kolbenstangenbohrung einer hydraulischen Presse handelt, die mit einer Dichtlippe abgedichtet werden muss. Auch der Bearbeitung von zwei Seiten zur Realisierung von Bohrtiefen über 2000 mm sind enge Grenzen gesetzt, da es mit zunehmender Bohrungslänge am Übergang zu einem Versatz der Bearbeitungen kommt.

2500 mm lange Kolbenstangenbohrung

Die Schweizer Promec Estech AG, die sich auf die Bearbeitung grosser und technisch anspruchsvoller Komponenten für Maschinen und Anlagen inklusive technischer Beratung, Wärmebehandlung und Oberflächenveredelung spezialisiert hat, stand genau vor diesem Problem, als ein Auftraggeber einen Druckzylinder für eine hydraulische Saftpresse in einer verlängerten Version mit einer ca. 2500 mm langen Kolbenstangenbohrung orderte.

Beachtliche Herausforderung

«Während wir die Versionen mit einer 1935 mm langen Kolbenstangenbohrung bei einem Durchmesser von 319,5 mm und zweiseitiger Bearbeitung noch mit einem Brückenwerkzeug bearbeiten konnten, war dies bei der um 600 mm längeren Version bei unverändertem Durchmesser definitiv nicht mehr machbar», erläutert Walter Frey, Geschäftsleiter der Promec Estech AG. «Wir haben daher Kontakt zu Mapal aufgenommen, da das Unternehmen uns schon mehrmals zu unserer vollsten Zufriedenheit mit Sonderwerkzeugen beliefert hat.»

Werkzeugkonzept für grosse Bohrtiefen

Der Werkzeugspezialist Mapal hat sich dann auch dieser komplexen Aufgabe gestellt und die passende Lösung erarbeitet:

Ein neues modulares Werkzeugkonzept, das die bewährte Tangential-Wendeschneidplatten- mit der Führungsleistentechnik vereint. Der ca. 50 kg schwere Werkzeugkopf kann mit bis zu vier Wendeschneidplatten bestückt werden.

Fast beliebige Bohrlängen möglich

Fest eingelötete und gefederte PKD-Führungsleisten am Radius des Werkzeugkopfes sorgen dafür, dass sich das Werkzeug in der von ihm selbst gefertigten Bohrung sicher abstützt.

Verlängerungen erlauben es mit diesem Werkzeugkonzept, dass auch bei beschränkten Verfahrwegen der Z-Achse bzw. W-Achse (Pinole) der Werkzeugmaschine fast beliebige Bohrlängen realisiert werden können. «Die Bohrtiefe wird eigentlich nur durch die Abmessungen des Arbeitsraums der Bearbeitungsmaschine bzw. das zugelassene maximale Werkstückgewicht sowie durch die übertragbare Torsion begrenzt», konkretisiert Kurt Jakob, der als zuständiger technischer Berater von Mapal den Einsatz des Werkzeugs bei der Promec Estech AG begleitet und das Bedienpersonal beim Einfahren vor Ort tatkräftig unterstützt hat.

Enorme Prozesssicherheit

Dabei hat sich herausgestellt, dass im Falle der Kolbenstangenbohrung die besten Ergebnisse mit zwei Schneiden erzielt werden, wie der Mapal-Berater berichtet: «Das Zylinderrohr ist ein Schweissteil aus kalt gewalztem S355J2-Stahl. Der Rohrdurchmesser kann daher über die Gesamtlänge sehr stark differieren und die Oberfläche eine gewisse Welligkeit aufweisen.

Als zusätzliche Herausforderung ist der Zylinder in der Mitte der Gesamtlänge bis zu 10 mm gekrümmt. Vier Schneiden machen bei diesem Anwendungsfall nur bedingt Sinn, da die Kräfteverteilung einfach zu unregelmässig ist und zu einem Rattern des Werkzeugs führen würde.»

Zwei Schneiden – zwei Führungsleisten

Bei nur zwei Schneiden wird dagegen eine Schneide durch zwei fest eingelötete Führungsleisten sicher positioniert. Auf der gegenüberliegenden Seite werden gefederte Führungsleisten angebracht.

Das so ausgestattete Werkzeug wird bei der Promec Estech AG auf einem Horizontal-Bohr- und Fräswerk vom Typ Wotan mit SK50-Spindel und Innenkonus mit einer Schnittgeschwindigkeit von 140 m/min bei einem Vorschub von fz 0,25 mm pro Zahn eingesetzt.

Prozesssicherheit steht im Vordergrund

«Das Werkzeug würde auch höhere Schnittdaten zulassen, allerdings steht für uns bei dieser Kolbenstangenbohrung die Prozesssicherheit im Vordergrund. Aus diesem Grund haben wir trotz der mit dem Mapal-Werkzeugkonzept erreichbaren höheren Präzision eine grosszügig bemessene Zugabe von etwa 0,5 mm für das Honen beibehalten, um auf der sicheren Seite zu sein, falls sich doch einmal ein Span verklemmt und eine besonders tiefe Kerbe verursacht», begründet Kurt Wiesendanger, verantwortlicher Verfahrenstechniker der Promec Estech AG.

Schneidplatten halten drei Jahre

«Ohnehin liesse sich die Fertigungszeit durch eine Steigerung der Schnittwerte wegen der gegenüber der Hauptzeit vergleichsweise langen Rüst- und Werkzeugwechselzeiten nicht drastisch verkürzen.» Die Belastung der Maschine ist als angenehmer Nebeneffekt minimal und die Standzeit des Werkzeugs entsprechend lang, wie der Verfahrenstechniker der Promec Estech AG bestätigt: «Wir haben seit der Einführung der Mapal-Lösung zum Jahreswechsel 2010/2011 etwa 100 Zylinder bearbeitet und mussten erst nach fast drei Jahren erstmals Schneidplatten nachbestellen.»

Ein Schneidplattensatz besteht dabei aus acht Schneiden, da das Endmass der Kolbenstangenbohrung mit vier Werkzeugen (statt fünf Brückenwerkzeugen) in vier Bearbeitungsschritten erreicht wird.

Im ersten Bearbeitungsschritt erfolgt die Herstellung der Pilotbohrung (ø 304,5 mm) bei einem Rohdurchmesser von 285 bis 295 mm. Dazu wird das erste mit einem Kontrollschnitt ausgestattete Werkzeug mit einem speziellen Flansch (SK50/HSK100) direkt an die Spindel montiert und der Zylinder mit Hilfe der verfahrbaren Pinole von beiden Seiten bis zur Mitte bearbeitet.

Nach dem gleichen Ablauf wird die Kolbenstangenbohrung nach Fertigstellung der Pilotbohrung mit drei weiteren identisch aufgebauten Werkzeugen – aber mit unterschiedlichen Bearbeitungsdurchmessern und ohne Kontrollschnitt – schrittweise (ø 309,5, ø 314,5, ø 319,5 mm) bis auf das Endmass aufgebohrt.

Wie beim NEAT-Tunnel: gebohrt wird von zwei Seiten

Das Werkzeugkonzept ist aber so ausgelegt, dass auch die Bearbeitung der kompletten Bohrung mit Hilfe von Verlängerungen von einer Seite möglich ist, damit noch längere Bauteile bearbeitet werden können, wenn sich zum Beispiel der Maschinentisch wegen der Ausladung des Werkstücks im Arbeitsraum nicht mehr drehen lässt.

Aus Handhabungsgründen haben sich die Experten der Promec Estech AG aber für eine Bearbeitung von zwei Seiten entschieden. «Der koaxiale Versatz der beiden Bohrungen liegt dabei unter 0,05 mm. Bei Messversuchen vor Ort konnte ich sogar gar keinen Versatz nachweisen», ergänzt Kurt Jakob.

Ergebnisse überzeugen Anwender

Die mit den Mapal-Werkzeugen erreichten Ergebnisse haben die Verantwortlichen bei der Promec Estech AG absolut überzeugt, so dass zwischenzeitlich auch eine kürzere Version des Zylinders von der Brückenwerkzeug-Bearbeitung auf das Mapal-Verfahren umgestellt wurde.

NEAT-Dimensionen im Maschinenbau

Darüber hinaus hat das Schweizer Unternehmen das Mapal-Verfahren erfolgreich auf dem Horizontal-Bohr- und Fräswerk vom Typ Wotan bei der Bearbeitung eines Druckzylinderprototyps eingesetzt, der mit einer Gesamtlänge von 2940 mm (ø 360 mm) noch einmal gut 400 mm länger ist als die bisher längste Version. Das geht dann von den Dimensionen fast schon in Richtung NEAT-Tunnel.

«Zusätzlich bereiten wir ein neues Bearbeitungszentrum für den Einsatz des Mapal-Verfahrens vor. Damit können wir nicht nur den bisher grössten Druckzylinder für eine Saftpresse mit einem Fassungsvermögen von 12 000 Litern noch flexibler bearbeiten, sondern sind als einziges Unternehmen weit und breit auch für die Fertigung von anderen vergleichbar grossen Teilen im Auftrag von Kunden bestens gerüstet», blickt der Geschäftsleiter der Promec Estech AG, Walter Frey, erwartungsvoll in die Zukunft. <<

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