Ein Meter lange Aluminium-Sp?ne, die sich um das Werkzeug wickeln, Spanr?ume verstopfen und Oberfl?chen zerkratzen – mit diesem Problem hat ein Automobilzulieferer zu k?mpfen. Doch wie k?nnen lange Sp?ne zerkleinert werden, wenn alle bekannten Mittel versagen? Die Antwort liefert ein neuer ?Sp?neh?cksler“ von Gühring.
Das Bauteil ist eigentlich nichts Besonderes: ein Motorengeh?use, wie es in jedem Auto zur Unterstützung der Servolenkung sowie Spurhalte- und Einparkassistenten ben?tigt wird. Doch bei der Herstellung geht ein Automobilzulieferer aus Baden-Württemberg einen besonderen Weg. Denn bisher werden solche Bauteile in einem aufwendigen und teuren Alu-Druckgussverfahren, genannt HPDC (High Pressure Die Casting), hergestellt.
Viel schneller und kosteneffizienter ist jedoch das Kaltflie?pressen. Dabei wird eine Aluminiumronde in eine Matrize gelegt und ein Stempel erzeugt von oben Druck, sodass das Aluminium an einer Seite tiefgezogen wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass viel seltener Poren und Undichtigkeiten entstehen, was die Ausschussrate gering h?lt. Beim Kaltflie?pressen lassen sich au?erdem viel dünnere Wandst?rken realisieren – und das bedeutet Einsparungen bei Gewicht und Ressourcen.
Doch wenn es an die Nachbearbeitung des gegossenen Rohlings durch Zerspanungswerkzeuge geht, birgt diese innovative Technik ihre Tücken: W?hrend die Bauteile üblicherweise aus gut zerspanbaren Aluminiumlegierungen mit 7 bis 12 % Siliziumgehalt hergestellt werden, ist die Zusammensetzung des Werkstoffs beim Kaltflie?pressen deutlich anspruchsvoller für den Zerspaner. So wird der Rohling in diesem Fall aus Aluminium mit sehr niedrigem Siliziumanteil (< 1 %) hergestellt, das zum Tiefziehen besonders gut geeignet ist. Das Problem: Die Sp?ne waren extrem lang und biegsam, sodass sie nicht von selbst brachen. ?Sie erreichten L?ngen von bis zu einem Meter“, erinnert sich Matthias Helbig, technischer Berater für PKD-Werkzeuge bei Gühring.
Keine Methode h?lt dem Spanfluss stand
Für den Kunden war klar: Hier kommen nur Werkzeuge infrage, die die Sp?ne auf irgendeine Art brechen. Denn geschieht das nicht, k?nnen die langen Sp?ne nicht aus der Bohrung abtransportiert werden und würden sich in den Spanr?umen sammeln und das Werkzeug verstopfen oder um den Werkzeughals wickeln. Dies würde unweigerlich zu Qualit?ts- und Standzeiteinbu?en führen; zumal die Anforderungen an die Oberfl?che mit <Rz 4 sehr hoch sind. ?So kann kein Serienprozess funktionieren“, erkl?rt Matthias Helbig.
Mehrere namhafte Werkzeughersteller machten sich auf die Suche nach einer L?sung, um die Sp?ne zu brechen. Doch keine der herk?mmlichen Methoden wie Spanleitstufen, Spanteilern oder Prallelemente konnte dem Spanfluss auf Dauer standhalten. Die einzig erprobte Alternative w?re gewesen, durch einen Stottervorschub den Reibprozess immer wieder kurz zu unterbreche, um dem Span Zeit zum Brechen zu geben. Doch diese Methode würde viel zu viel Zeit in Anspruch nehmen und die Qualit?t der Bohrung würde durch das st?ndige Anbohren ebenfalls leiden.
Die Gühring-Experten standen also vor der Frage, welche M?glichkeiten es noch gibt, um den Span zu beeinflussen. Dabei kamen sie auf einen v?llig neuen Ansatz: Die Sp?ne sollen direkt nach der Entstehung durch einen komplett geschlossenen Spanraum bis zu einer ?H?ckselschneide“ geführt werden, wo sie in kleine ?Abschnitte“ zerteilt werden. Der eigentliche Sp?neh?cksler schlie?t sich im hinteren Teil an den Stahl-Grundk?rper des Werkzeugs an und ist fest mit dem Spindelkopf der Maschine verbunden. Somit dreht sich das Werkzeug, w?hrend die H?ckselschneiden stillstehend. Das abgebildete System wurde für einen Maschinentyp mit manueller Werkzeugspannung (HSK-C) entwickelt, doch auch Ausführungen für eine Maschine mit automatischem Werkzeugwechsel (HSK-A) sind m?glich.
Die insgesamt vier H?cksel- und vier Abschlagschneiden sind als geschraubte VHM-Platte ausgeführt, die bei Verschlei? einfach ausgewechselt werden k?nnen. Die Reibstufen bestehen aus gel?teten PKD-Segmenten, so dass eine m?glichst hohe Standzeit mit sehr gleichm??ig scharfer Schneidkante gew?hrleistet werden kann. Aufgrund der sehr dünnen Wandst?rke am Bauteil, hat die Reibahle eine starke Ungleichteilung erhalten. Somit beeinflussen sich die Reibstufen nicht gegenseitig und die Rundheit von <15μm konnte eingehalten werden. Die geschraubten und passgenau gefertigten Spanleitelemente führen dazu, dass die Sp?ne ausschlie?lich nach hinten abgeleitet werden und nicht die erzeugte Oberfl?che der Bohrungswandung besch?digen. Zus?tzlich wird der Sp?nefluss durch entsprechend ausgerichtete Kühlkan?le und einen leicht positiven Achswinkel unterstützt.
Prozesssicher in der Gro?serie
Die gr??te St?rke des Werkzeugs liegt in seiner hohen Prozesssicherheit. Durch den Sp?neh?cksler sind die Sp?ne am Ende zwischen 90 und 180 mm lang und lassen sich sicher abtransportieren. Aber auch die Messergebnisse k?nnen sich sehen lassen: Durchmesser, Rundheiten sowie Oberfl?chen befinden sich innerhalb der geforderten Toleranz und das, obwohl wegen der sehr dünnen Wanddicke auch die Bauteilspannung im Zusammenhang mit Form- und Lagetoleranzen eine Herausforderung darstellte. ?Diese hohen Qualit?tsanforderungen k?nnen wir nur dadurch erfüllen, dass wir die Sp?ne kontaktlos aus dem Bauteil abführen“, stellt Matthias Helbig fest. Die Spanl?nge kann über folgende Faktoren ver?ndert werden: die Anzahl der H?ckselschneiden und Schnittgeschwindigkeit (Vc = m/min).
Mit einer Reibahle ohne Sp?neh?cksler sind die Sp?ne bis zu einem Meter lang.
Der neue Sp?neh?cksler bringt die Sp?ne auf eine L?nge von 90 bis 180 mm.
So k?nnen mit dem neuen Sp?neh?cksler Schnittwerte erzielt werden, die den bisherigen Prozess in den Schatten stellen. Weil das Bauteil rotationssymmetrisch ist, wurde es zuvor auf einer Drehmaschine hergestellt. Dies dauerte 27,9 Sekunden pro Bauteil. Mit dem neuen Reibwerkzeug wurde diese Hauptzeit auf 4,8 Sekunden gesenkt – der Kunde muss also nur noch 17 Prozent der Bearbeitungszeit aufwenden. ?Die Schnittwerte sind vor allem dann hoch, wenn man bedenkt, dass das Bauteil nur eine Wandst?rke von 0,7 mm hat“, lautet das Fazit von Matthias Helbig. Deshalb hat Gühring das System ?Sp?neh?cksler“ bereits zum Patent angemeldet.
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