Ingersoll hat ein auf Drehprozess angepasstes Werkzeug entwickelt Schwingungsdämpfendes Werkzeug perfektioniert Drehprozess

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Beim Drehen eines Lochstempels ergaben sich nicht zuletzt aufgrund der hohen Präzisionsanforderungen und des gehärteten Materials einige zerspanungstechnische Herausforderungen. Mit einem auf Standard-Komponenten basierenden schwingungsdämpfenden Werkzeug (Ingersoll) sowie einem massgeschneiderten auf die Anwendung zugeschnittenen Werkzeugkopf konnte ein hochgradig prozesssicherer Zerspanungsprozess realisiert werden.

Gewachsen ist die Hellmich Werkzeugbau GmbH mit der Entwicklung und dem Bau von Blechumformwerkzeugen für die Automobilbranche. Das Spezialgebiet sind vollautomatische Werkzeug- und Sondervorrichtungen wie zum Beispiel Folgeverbundwerkzeuge, also hochkomplexe, automatisierte Stanz- und Umformwerkzeuge, die in der industriellen Blechverarbeitung zur wirtschaftlichen Massenproduktion von komplexen Metallbauteilen eingesetzt werden.

Die von Hellmich gelieferten Werkzeuge dienten vor allem der Herstellung von Blechteilen für Verbrennermotoren. Dieser Markt ist mittlerweile komplett eingebrochen. «Ein Verbrenner benötigt mehr Stanzteile als ein vergleichbares E-Auto», erklärt Thomas Hellmich und hinzu kommt, dass «die Anbieter jetzt meist in China sitzen und zu Preisen produzieren, mit denen wir nicht mehr mithalten können.»

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Vom Werkzeugbau zur Lohnfertigung

Das Familienunternehmen hat frühzeitig auf diese Entwicklung reagiert und ist vom Werkzeugbau auf Lohnfertigung umgeschwenkt, die mittlerweile 80 Prozent des Geschäfts ausmacht. Die Kunden kommen jetzt vorwiegend aus der Elektrobranche. Für sie produziert Hellmich Fräs- und Drehteile aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff in Einzel-, oder Serienfertigung. An Maschinenbauteilen werden vor allem Einzelteile und Kleinserien von 5 bis 20 Stück gefertigt. Höhere Stückzahlen erreichen Verschleissteile und Serienteile. Grösster Kunde ist ein ebenfalls in Rheinbreitbach ansässiger Hersteller von Stanz- und Biegemaschinen für die Elektroindustrie. Für ihn fungiert Hellmich auch als verlängerte Werkbank und stellt mithilfe seiner versierten Konstruktionsabteilung Prototypen her.

Vor allem im Drehbereich kommen die bei Hellmich eingesetzten Präzisionswerk-zeuge überwiegend von Ingersoll. CNC-Dreher Sven Bendix ist mit dem Service des Herstellers sehr zufrieden: «Ein Anruf genügt und das Werkzeug ist schnell da. Das hilft uns dabei, selbst sehr flexibel auf Kundenanforderungen reagieren zu können.» Vor allem wenn es um spezielle Lösungen gehe, sei Ingersoll in der Fertigung gefragt.

Lochstempel: zerspanungstechnische Herausforderung

So eine Lösung war auch verlangt, als Hellmich Probleme bei einem Bauteil nicht in den Griff bekam. Dabei handelt es sich um eine Aufnahme für Lochstempel, die in Stanzmaschinen eingesetzt werden. In verschiedenen Ausführungen produziert Hellmich davon mehrere 100 Stück pro Jahr.

Die Aufnahme ist nicht nur ein Serienteil für die Maschinenausstattung, sondern auch ein Verschleissteil, das regelmässig ausgetauscht werden muss. Wie der Stempel nutzt sich auch die Halterung ab, die bei den Anwendern praktisch im Dauereinsatz ist. Da sich die Aufnahme in einem Zylinder bewegt, wird vor allem der Aussendurchmesser in Mitleidenschaft gezogen. Gehärtetes Material wirkt dem Verschleiss entgegen.

Schwingungen bereiten Probleme

Der Maschinenhersteller hatte die Bauteile zunächst selbst gefertigt, dann aber ausgelagert, weil es häufig zu Ausbrüchen am Material und damit hohem Ausschuss gekommen war. Hellmich hatte zunächst mit dem gleichen Problem zu kämpfen. Zusammen mit seinem Härteservice konnte sich der Fertiger an Verbesserungen herantasten und die Teile schliesslich prozesssicher herstellen.

Der Versuch, mit der Bearbeitung in einer, statt zwei Aufspannungen die Bearbeitungszeit zu verkürzen und die Genauigkeit zu erhöhen, ging hingegen nicht lange gut.

Was anfangs noch funktionierte, bereitete zunehmend Probleme, weil Schwingungen bei der Bearbeitung auftraten. Die Fertiger machen dafür die schwankende Qualität des eingesetzten Materials verantwortlich, die auf Veränderungen der Stahlproduktion am Weltmarkt zurückzuführen sei.

Gehärtet, Vorgedreht, Feingedreht

Sven Bendix erkundigte sich bei Jochen Cramer, Handelsvertreter für Ingersoll, nach einer möglichen Lösung. Dieser involvierte umgehend die Anwendungstechnik des Werkzeugherstellers. Was oberflächlich betrachtet nach einem einfachen Drehteil aussieht, stellte durchaus Ansprüche an die Werkzeuglösung. «Eine Herausforderung ist dabei der Werkstoff und die bauteilspezifischen Details mit scharfkantigen Übergängen von Flächen auf Durchmesser», stellt Anwendungstechniker Christopher Hees fest.

Das Bauteil aus Werkzeugstahl wird zunächst bis zu einem geringen Aufmass vorgedreht, dann gehärtet und schliesslich innen und aussen fertiggedreht. Auf einer Erodiermaschine wird es am Ende in zwei Hälften geteilt, um den Lochstempel aufnehmen zu können. Für eine problemlose Bewegung des Halters im äusseren Zylinder müssen die Toleranzen exakt eingehalten werden und die Oberflächenbeschaffenheit makellos sein.

Effiziente schwingungsgedämpfte Werkzeuglösung

Christopher Hees erläutert die Philosophie der Ingersoll Anwendungstechnik: «Auch bei speziellen Anwendungen streben wir den Einsatz der effizientesten Werkzeuge an. Nach Möglichkeit setzen wir Standard- oder Semistandardprodukte ein, um die wirtschaftlichste Lösung für den Kunden parat zu haben.»

Das für Hellmich entworfene Werkzeug besteht aus drei Teilen. Bei der Wendeschneidplatte hat sich Ingersoll für eine dreischneidige Platte entschieden. Der Werkzeugkopf wurde am Ingersoll Standort Süd in Horrheim nach Mass gefertigt. Der Kopf sitzt auf einem T-Absorber, der als schwingungsgedämpfte Bohrstange wiederum zum Standardportfolio des Werkzeugherstellers gehört.

Werkzeugkopf: Es führte kein Weg an einer Sonderlösung vorbei

Beim Kopf führte kein Weg an einer Sonderlösung vorbei. Der Unterbau der Wendeplatte ist eher klein und der Kopf ist sehr freigestellt, um den kleinsten Durchmesser mit der grössten Abnahmemenge noch fertigen zu können.

Ingersoll hat ihn so ausgelegt, dass er sich für alle gängigen Durchmesser eignet. Der Werkzeughersteller orientierte sich dabei an dem kleinsten zu bearbeitenden Durchmesser und der grössten möglichen Länge. Hellmich stellt das Bauteil in Durchmessern von 6 bis 32 mm her. Lediglich die beiden kleinsten Durchmesser, mit denen der Fertiger es ohnehin nur selten zu tun hat, sind mit dem Werkzeug nicht möglich.

Optimierung im Techcenter

Da es sich um eine besondere Anwendung und schwierige Bedingungen handelt, ging es zur Optimierung ins Techcenter von Ingersoll in Haiger. Dort wurde nach Versuchen auf einer Maschine, die mit der von Hellmich verwendeten «Spinner TC 600» vergleichbar ist, der Schneidstoff und die Geometrie der Wendeschneidplatte verändert.

Die TNGA wurde in einer anderen Variante eingesetzt, die mit kleinerer Kantenverrundung und kleinerer Fase weniger Druck aufbaut und sich als die stabilere Lösung zeigte. Zunächst war davon ausgegangen worden, dass hoher Druck nötig ist, damit der Schwingungsdämpfer effizient arbeitet.

Werkzeug-Anpassungen führten zu einem stabilen Prozess

Die Anpassungen waren erfolgreich und führten zu einem stabilen Prozess, bei dem auch höhere Standzeiten erreicht wurden. Die Innenseite des Werkstücks wird mit CBN-Platten bearbeitet, für die Aussenseite kommen Keramikplatten zum Einsatz. Bei den Versuchen im Techcenter wurden auch gleich die optimalen Schnittwerte ermittelt und dem Kunden zur Verfügung gestellt.

Gearbeitet wird jetzt mit einer Schnittgeschwindigkeit Vc 110 m/min und Vorschub fz 0,05 mm/Umdrehung, um die gewünschte Oberflächengenauigkeit zu erreichen. Die Tiefe der beiden Schnitte beträgt jeweils 0,15 mm.

Statt zuvor in zwei Aufspannungen mit zwei Werkzeugen kann Hellmich nun sowohl die Stempelaufnahme als auch den äusseren Zylinder in jeweils einer Aufspannung mit einem einzigen Werkzeug bearbeiten. Das erhöht die Bauteilqualität und verkürzt die Bearbeitungszeit. «Jede eingesparte Minute ist für uns bares Geld», freut sich Thomas Hellmich. Mit dem neuen Werkzeug ist er ebenso zufrieden wie mit der zügigen Ausführung des Projekts.

(böh)

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