Mit m?glichst wenigen Werkzeugen ein komplettes Bauteil bearbeiten – das ist das Ziel vieler Zerspaner. Doch gerade bei komplexen Komponenten des Antriebsapparats sind mehrere Arbeitsg?nge n?tig und jeder davon bringt seine eigenen Herausforderungen mit sich. Am Beispiel einer Antriebswelle zeigen wir fünf typische Bearbeitungsaufgaben und wie Sie diese optimal und wirtschaftlich mithilfe unserer Dreh- und Stechwerkzeuge l?sen.
Drehen und Stechen mit engen Toleranzen
Eine h?ufige Bearbeitungsaufgabe, bei der verschiedene Dreh- und Stechwerkzeuge zum Einsatz kommen, ist die Herstellung einer Antriebswelle. Solche Antriebswellen sorgen für eine Kr?fteübertragung in Anlagen, Maschinen und Fahrzeugen. Damit sind Antriebswellen in vielen Branchen unverzichtbar, von der Automobil– und Zulieferindustrie über die Antriebstechnik bis hin zum Maschinen- und Anlagenbau.
Diese Bauteile, die sp?ter h?chsten Festigkeits- und Z?higkeitsanforderungen standhalten müssen, werden oft aus hochfesten und legierten St?hlen hergestellt. In unserem Beispiel ist das 42CrMo4. Die Festigkeit dieses Materials liegt im Bereich zwischen 900 und 1200 N/mm2. Die Bearbeitung erfolgt zum Beispiel auf einem Dreh-Fr?szentrum. Dabei ist eine sichere Innenkühlung zu empfehlen, um dem Verschlei? der Schneidplatten vorzubeugen. Au?erdem wird so verhindert, dass zum Beispiel Sp?ne in der Nut stecken bleiben und so zum Werkzeugbruch führen. Auch für eine gute Oberfl?chenqualit?t ist es wichtig, dass Sp?ne schnell und sicher wegtransportiert werden. In unserem Bearbeitungsbeispiel wird eine Innenkühlung mit einer Emulsion bis 40 bar verwendet.
Die Besonderheiten des Bauteils sind die engen Toleranzen. Diese sind vor allem für die anschlie?ende Weiterverwendung wichtig. Denn dann kommen noch weitere Komponenten hinzu, die zum Beispiel als Gegenstück über die Steckverzahnung mit unserer Antriebswelle verbunden werden. Wie diese genauen Bearbeitungen m?glich sind? Im Folgenden sehen Sie unsere L?sungen.
Bearbeitung Nr. 1: Ausdrehen der Innenkontur
Voraussetzung für diese Bearbeitungsaufgabe ist das Vorbohren der zentralen Bohrung. Als Bohrpionier nutzen wir hierfür natürlich einen Gühring-Vollhartmetallbohrer. Anschlie?end wird die Bohrung auf Fertigma? bearbeitet. In unserem Beispiel muss das Drehwerkzeug dafür sehr lang auskragen, was wiederum zu Instabilit?t des Werkzeugs führt. Bisher hatte dies zur Folge, dass die Qualit?t der Oberfl?chen schwankte und Rautiefen zwischen 5 und 10 μm aufwies. Au?erdem waren nur Vorschübe bis 0,06 mm m?glich, was zu einer langen Bearbeitungszeit führte.
Abhilfe schafft hier unser System 110, ein besonders stabiles Werkzeugsystem für schwierige Anwendungsf?lle mit einem Schaftdurchmesser von 10 mm. Ob lange Auskragungen, gro?e Stechbreiten oder gro?e Bearbeitungstiefen: Die M?glichkeiten des Systems 110 sind vielf?ltig. Das Problem der schwankenden Oberfl?chenwerte l?sen wir, indem wir unser System 110 mit einer speziellen Wiper-Geometrie versehen. Diese sorgt für eine effektive Gl?ttung der Oberfl?chen. Ein weiterer Vorteil der Wiper-Geometrie ist die M?glichkeit, den Vorschub deutlich zu erh?hen. Dies verkürzt die Bearbeitungszeit und führt zu einer h?heren Produktivit?t. Zur Erh?hung der Standzeit, kommt unsere selbstentwickelte TiAlN-nano A Schicht zum Einsatz.
Schnittparameter:
- Schnittgeschwindigkeit: 100 m/min
- Vorschub: 0,10 mm/U
- Zustellung: 0,20 mm
- Erh?hung des Vorschubs von 0,06 mm auf 0,10 mm und dadurch Reduzierung der Bearbeitungszeit
- H?herer Vorschub führt zu besserer Spanbildung bzw. Spanbruch
- Gleichbleibende Standzeit
- Konstante Oberfl?chengüte mit Rautiefen zwischen 2 und 4 μm
Bearbeitung Nr. 2: Fr?sen einer Wellenverzahnung nach DIN 5482
Die Antriebswelle soll am Au?endurchmesser mit einer Wellenverzahnung versehen werden. Diese dient sp?ter der formschlüssigen übergabe der Drehbewegung, indem sie sich mit einer entsprechenden Nabe verbindet. Beim Fr?sen des Profils kommt es auf hohe Genauigkeit und eine hohe Oberfl?chengüte an. Im vorliegenden Fall ging es zus?tzlich um eine m?gliche Verkürzung der Bearbeitungszeit. Beim Fr?sen l?sst sich dies durch die Erh?hung der Z?hnezahl erreichen, was bei beengten Platzverh?ltnissen nicht immer einfach ist.
Hier ist das System 305 das Werkzeugkonzept der Wahl. Aufgrund seiner kompakten Bauart ist dieses Sonderwerkzeug zudem besonders stabil. Auf einem Fr?sk?rper mit Innenkühlmittelzufuhr lassen sich trotz eingeschr?nkter Platzverh?ltnisse vier Wendeschneidplatten anbringen. Diese bieten mit ihren 3 nutzbaren Schneiden auch eine gute Wirtschaftlichkeit. Ihre Gühring-eigene Sondergeometrie ist an die Bauteilanforderungen angepasst. Beschichtet sind diese Wendeschneidplatten mit der FIRE-Schicht, die sich in der Stahlbearbeitung bew?hrt hat.
Schnittparameter:
- Schnittgeschwindigkeit: 100 m/min
- Vorschub pro Zahn: 0,01 mm
- Zustellung: 2,20 mm
- Anzahl Schnitte: 1
- erh?hte Z?hnezahl führt zur Erh?hung der Vorschubgeschwindigkeit um 50 %
- Erh?hung der Schnittgeschwindigkeit um 40 %
- starke Reduzierung der Taktzeit führt zur Steigerung der Produktivit?t
- Verbesserung der Oberfl?chengüte von Rz 6 μm auf Rz 4 μm
Bearbeitung Nr. 3: Formeinstich am Au?endurchmesser
H?ufig verfügt diese Art von Werkstücken über verschiedene Nuten am Au?endurchmesser, deren Funktionen sehr unterschiedlich sein k?nnen. Beispielsweise werden Dichtungen und O-Ringe eingelegt oder Sicherungsringe montiert. Der Zerspaner setzt hier h?ufig zwei oder sogar mehr Werkzeuge ein: Oft wird mit separaten Werkzeugen vorgestochen und fertigbearbeitet. Das Problem: Jeder Werkzeugwechsel führt zu Ma?schwankungen und zu langen Bearbeitungszeiten. Au?erdem kann es zu unerwünschter Gratbildung am Werkstück kommen.
Eine wirtschaftliche L?sung für diese Anwendung bietet Gühring mit dem Stech-System 128. Es stehen Rohlinge in Breiten von 10 mm bis 28 mm zur Verfügung. Im vorliegenden Fall kommt ein Rohling mit 24 mm Breite zum Einsatz. Auf diesen Rohling wird die komplette Kontur einschlie?lich Fasen und übergangsradien geschliffen. Nun kann der Anwender die komplette Kontur mit einem Werkzeug bearbeiten. Eine auf den Anwendungsfall abgestimmte Gühring-eigene Beschichtung sorgt für zus?tzliche Leistung. Aufseiten der Klemmhalter sorgt eine Klemmschraube mit M6 Gewinde und eine schr?ge, V-f?rmige Anlagefl?che für hohe Stabilit?t.
Schnittparameter:
- Schnittgeschwindigkeit: 70 m/min
- Vorschub: 0,05 mm/U
- Zeitersparnis ca. 20 Sekunden pro Bauteil
- diese Zeitersparnis bedeutet eine deutliche Produktivit?tssteigerung
- gratfreie Kontur
- hohe Ma?haltigkeit
Bearbeitung Nr. 4: Sto?en der Passfedernut
Auch eine Passfedernut befindet sich an den meisten Antriebswellen. Sie wird sp?ter mit einer Passfeder verbunden, um Drehmomente zu übertragen. Bei dieser Bearbeitung dreht sich das Stechwerkzeug nicht, sondern wird in die Bohrung hineingesto?en. Erst an der richtigen Stelle schneidet die Schneide die Nut. Auch hier ist ein lang auskragendes Werkzeug n?tig, das aber oft instabil ist und zu Vibrationen führt. Diese Vibrationen bewirken wiederum schlechtere Oberfl?chen am Bauteil. Au?erdem bildet sich beim Werkzeugaustritt ein Grat, der anschlie?end mühsam und zeitaufwendig von Hand entfernt werden muss.
Die Antwort auf dieses Bearbeitungsproblem liefert Gühring auch hier mit dem System 128. Die Kontur der Nut wurde dabei bereits an der Schneidplatte angepasst, die Breite betr?gt 12 P9. Au?erdem setzen die Gühring-Experten auf einen besonders stabilen Sondergrundk?rper mit Innenkühlung. Je stabiler das Werkzeug, desto besser schneidet es und desto geringer ist die Gratbildung. Der Grundk?rper verfügt zudem über ein innovatives Design zum Umlenken des Kühlmittelstrahles direkt auf die Schneide: W?hrend das Werkzeug in die enge Bohrung einf?hrt, sind die Klappen an den Kühlkan?len geschlossen und ?ffnen sich erst am Ort der Bearbeitung, um die Schneide gezielt mit Kühlmittel zu versorgen.
Schnittparameter:
- Vorschub: 000 mm/min
- Zustellung pro Hub: 0,06 mm
- Verbesserung von Sp?neabfuhr und Oberfl?che durch die Innenkühlung
- Maximale Stabilit?t durch den Sonderhalter
- Deutlich reduzierter Aufwand der Nacharbeit
Bearbeitung Nr. 5: Abstechen auf Bohrung
Am Ende einer Drehbearbeitung steht meistens das Abstechen des Bauteils. Ein wichtiges Kriterium bei der Werkzeugauswahl ist die prozesssichere Spanabfuhr. Hierbei hilft zum einen eine gute Kühlmittelzufuhr und zum anderen die richtige Auswahl der Spanformergeometrie. Im schlimmsten Fall verklemmen sich Sp?ne in der Nut und k?nnen Werkzeugbruch verursachen.
Das System 222 ist hier die L?sung. Das neue Stechsystem von Gühring bietet für diesen Anwendungsfall die geeigneten Werkzeuge. Die neuentwickelte Abstechplatte für Stahlwerkstoffe besticht durch ihre ideale Kombination aus effektivem Spanformer, abgestimmtem Hartmetall und einer FIRE-Beschichtung. Ein Spanformer sorgt für effektive Spaneinschnürung, sodass die Sp?ne gut abflie?en, ohne zu verklemmen. Die Klemmhalter mit optimal angeordneten Kühlmittelbohrungen unterstützen den Sp?neabtransport. All diese Faktoren führen zus?tzlich zu guten Oberfl?chen und hohen Standzeiten. Hier wurde speziell eine Standardplatte mit 8° schr?ger Hauptschneide eingesetzt, um die Gratbildung beim Eintritt in die Bohrung zu minimieren.
Schnittparameter:
- Schnittgeschwindigkeit: 170 m/min
- Vorschub: 0,05 mm/U
- konstante und h?here Standzeit als der Wettbewerber
- sehr gute Spaneinschnürung
- gute Oberfl?chengüte
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