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Iscar10317Titelstory

EMO Halle 4, Stand E36

Die verstärkte Verwendung von Aluminium, optimierten Stahlsorten oder hybriden Werkstoffen kann Autos leichter, umweltverträglicher und gleichzeitig leistungsstärker machen. Doch die neuen Stars der Szene haben ihren Preis: Die Bearbeitung ist sehr anspruchsvoll und fordert insbesondere die Zerspanung heraus. Iscar hat diese Entwicklung aufgegriffen und fortschrittliche Werkzeuglösungen entwickelt, die neue Materialien effizienter und wirtschaftlicher bearbeiten.


Materialforscher suchen nach leichten, preiswerten und festen Materialien. Während Kostensenkungen in der Automobilindustrie Gebot der Stunde sind, beeinflussen auch gesetzliche Vorgaben die aktuellen Entwicklungen. Dazu gehört ein niedrigerer CO2-Ausstoß. Zur Emissionssenkung müssen Autos leichter werden, um Kraftstoff zu sparen. Darüber hinaus verbessern hochfeste Werkstoffe die Sicherheit der Insassen. Die Experten von Iscar nahmen sich dieser Herausforderungen an. „Neue Werkstoffe erfordern neue Bearbeitungskonzepte. Um dies umzusetzen, sind wir zweigleisig gefahren. Es galt, die Lebensdauer der Werkzeugschneiden zu verlängern und Werkzeuge zu entwickeln, die die Bearbeitungszeiten der anspruchsvollen Werkstoffe reduzieren“, skizziert Erich Timons, CTO bei der Iscar Germany GmbH im badischen Ettlingen.

Iscar20317Vor zehn bis 15 Jahren wurden die damals gebräuchlichsten Zylinderblöcke aus Gusseisen weitgehend durch Zylinderblöcke aus einer Metallkombination wie beispielsweise Aluminiumblöcke mit eingegossenen Zylinderlaufbuchsen aus Gusseisen ersetzt. Inzwischen steigen immer mehr Autobauer auf additive hergestellte hybride Werkstoffe um, bei denen ein Stahlwerkstoff durch thermische Spritzverfahren direkt auf die Aluminium-Zylinderwände aufgebracht wird. Diese Beschichtungen bringen viele Vorteile hinsichtlich der Fahrzeug- und Motorleistung mit sich. Die zwei wichtigsten sind das Gewicht und die Schmierung. Der Motor ist ohne schwere Gusseisen-Zylinderlaufbuchsen viel leichter, und die Mikrostruktur der Beschichtungen reduziert die Reibung zwischen Zylinder und Kolben.

Eine Herausforderung ist beispielsweise die Schruppbearbeitung der Bohrungen. Das Ausspindeln dieser sehr verschleißfesten Funktionsschichten kann wirtschaftlich mit CBN Schneiden hergestellt werden. Jedoch erreichen die aktuell verfügbaren CBN Sorten nicht das geforderte Leistungsniveau. Als Hersteller von CBN hat der Werkzeugspezialist hier anwendungsspezifische CBN Sorten alleine für diese Bearbeitung entwickelt. Eine ganz andere Herausforderung ist das Fräsen des Hohnfreiganges an diesen Motorblöcken. Hier müssen in einem Schnitt beide Werkstoffe bearbeitet werden. Dabei darf die nur wenige Zehntel dicke Funktionsschicht nicht abplatzen.

In der Automobilindustrie herrscht nach wie vor der Trend zum Downsizing: Kleinere Motoren sollen Sprit sparen und dabei annähernd gleiche Leistung bringen wie hubraumstarke. Entsprechend werden auch die Komponenten kleiner. In solchen Motoren kommen neuerdings Kolben aus Stahl zum Einsatz, die deutlich kürzer sind als frühere Aluminium-Varianten - mit Konsequenzen für die Bearbeitung. „Wir müssen hier mit Stech-Dreh-Bearbeitungen stark aushöhlen. Das ist ebenfalls eine schwierige Aufgabe“, sagt Erich Timons. Das Hohlbohren von Kurbelwellen zur Gewichtsreduzierung und die Hartbearbeitung von Getriebebauteilen aus Sinterwerkstoffen sind weitere, anspruchsvolle Einsatzgebiete, die leistungsstarke Präzisionswerkzeuge erfordern.

Flexibler Schneideinsatz für bessere Nockenwellen-Bearbeitung

Iscar30317Neue Wege geht man auch in der Bearbeitung von Nockenwellen, die aus Gewichts- und Kostengründen nicht mehr aus Stangenmaterial, sondern aus einzelnen Modulen bestehen. Die Anordnung der einzelnen Nocken ist dabei genau auf die Geometrie der Welle abgestimmt. Zur Nocken-Herstellung wird gesintertes und gepresstes Pulvermetall oder gehärteter Stahl verwendet. Da diese Komponenten jährlich in Millionen-Stückzahlen entstehen, ist die Reduzierung der Bearbeitungszeit ein wichtiger Kostenfaktor. Hierfür hat der Hersteller einen Schneideinsatz entwickelt, mit dem der gesamte Bearbeitungsprozess ausgeführt werden kann: Plandrehen, Innendrehen wie Schruppen und Schlichten sowie Anfasen. Auch hier ist die Schneidstoffentwicklung letztendlich der entscheidende Faktor: Neu entwickelte und auf diese Anwendung angepasste CBN Sorten bringen den entscheidenden Vorteil, um die Bearbeitung noch wirtschaftlicher durchzuführen.

Für die Bearbeitung von geschmiedeten Nockenwellen eignet sich die Tiefbohrer-Serie „Trideep“ mit auswechselbarem Hartmetall-Schneideinsatz. Für den Anwender ergeben sich dadurch viele Vorteile. Die Bearbeitung ist im Vergleich zu konventionellen Bohrern deutlich kostengünstiger. Der Schneideinsatz besitzt drei Schneiden und ein Nachschleifen ist überflüssig. Die Wendeschneidplatte hat drei geteilte Hauptschneiden und positiv eingesinterte Spanformer für kurze Späne. Das erforderliche Drehmoment ist dadurch geringer, ermöglicht höhere Vorschübe und verbessert die Späneabfuhr. Eine kleine Schleppfase an der Schneidecke ermöglicht eine sehr glatte Bohrungsoberfläche. Die Bohrer in Durchmessern von 16 bis 28 mm und den Standardmaßen 10 x D, 15 x D und 25 x D können sowohl auf Drehmaschinen als auch auf speziellen Tieflochbohrmaschinen eingesetzt werden.

Teure Zykluszeiten bei Stahlkolben-Bearbeitung vermeiden

Iscar40317Mit dem Ziel, teure Zykluszeiten bei der Stahlkolben-Bearbeitung zu vermeiden, wurde mit der „Grip“-Linie ein leistungsstarkes System entwickelt. Diese Werkzeuge sind ausreichend schlank, um an die teils schwer zugänglichen Bereiche zu gelangen und stabil genug, um hohen Schnittkräften standzuhalten. Die Grip-Linie besitzt eine schwalbenschanzähnliche Klemmung, die den Schneideinsatz selbst bei wechselnder Schnittrichtung und Schneidenbelastung sicher im Plattensitz fixiert. Bearbeitungen wie Planstechen, Stech- und Längsdrehen nach rechts und links sowie Profildrehen lassen sich hochstabil und mit sehr guter Oberflächenqualität durchführen.

Spanformer sorgen für die richtige Spanabfuhr

Für eine reibungslose Bearbeitung spielt die Entsorgung der metallischen Rückstände eine wichtige Rolle. Es gilt, Spänenester zu vermeiden, die Werkzeugbruch oder Beschädigungen am Werkstück verursachen können. Iscar hat eine Vielzahl an Spanformertypen entwickelt, die Späne auch in kleine Segmente brechen und somit eine zuverlässige Spanabfuhr ermöglichen.

Um Schäden an Werkzeug und Werkstück zu vermeiden, spielt die Kühlung während der Bearbeitung eine entscheidende Rolle. Mit dem Konzept „Jetcut“ setzt man konsequent auf die zielgerichtete Zufuhr des Kühlschmierstoffes. Der Strahl wird dabei direkt in die Schneidzone geleitet. Dies reduziert die thermische Belastung, aber vor allem sorgt die kinetische Energie des Kühlmittelstrahles für einen Spanbruch, so dass eine prozesssichere Bearbeitung stattfinden kann.

Anwendungsspezifische Schneidstoffentwicklung

Iscar50317Ein Beispiel für die hohen Anforderungen an moderne Präzisionswerkzeuge ist die Herstellung und Bearbeitung von Turbolader-Komponenten. Der Hersteller unterstützt die Produzenten mit Lösungen für eine wirtschaftliche und prozesssichere Bearbeitung. Auf Grund stark schwankender Nickelpreise versuchen die Turbolader-Hersteller, Werkstoffe mit geringem Nickelanteil zu entwickeln und einzusetzen. In den herstellereigenen Technologiezentren arbeiten die Ingenieure mit Hochdruck an neuen Schneidstoffen, Wendeschneidplatten-Geometrien sowie Beschichtungen für die Bearbeitung dieser höchst anspruchsvollen neuen Werkstoffe. Die Forschungsabteilung hat deswegen mehrere verschleißfeste Hartmetallsorten speziell für die Bearbeitung von hitzebeständigen Turbinengehäusen entwickelt, die bei sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten verwendet werden können und eine erheblich längere Lebensdauer haben als herkömmliche Schneidstoffe. Diese Vorteile erzielt die Kombination aus spezieller Schneidengeometrie und Vor- und Nachbehandlung der neuen Hartmetallsorte. Die Werkzeugschneiden sind dadurch sehr viel länger nutzbar und die Bearbeitungszeit sinkt drastisch.

Die Sorte „MS32“ beispielsweise ist hauptsächlich für die Schruppbearbeitung vorgesehen. Durch ein Hartmetallsubstrat mit sehr ausgewogener Verschleißfestigkeit und Zähigkeit, einer hochwertigen CVD-Beschichtung und einer entsprechenden Nachbehandlung erreicht die neue Sorte eine sehr hohe Standzeit. Die MS32 wurde erfolgreich bei der Trocken- und Nassbearbeitung und selbst bei Minimalmengenschmierung (MMS) getestet. Der Planfräser „Helido 800“ entfernt bei einer Schnittgeschindigkeit von 150 m/min und einem Vorschub pro Zahn von 0,25 bis 6 mm Aufmaß eines wärmebeständigen austenitischen Gussstahls. Dabei erreicht er eine Standzeit, die bis zu 50 % über der von Wettbewerbsprodukten liegt.

Iscar70317Eine Möglichkeit, Bearbeitungszeit zu sparen, bieten multifunktionale Kombinationswerkzeuge. Diese können verschiedene Vorgänge ausführen: Schruppbohren, Aufbohren, Schlichten, Ansenken und Anfasen in einer axialen Bewegung. Das reduziert die Bearbeitungs- und Nebenzeiten, da Werkzeugwechsel entfallen. „Die Entwicklung solch effektiver Werkzeuge ermöglicht eine signifikante Steigerung der Produktivität“, sagt Erich Timons.

Spezielle Werkzeuglösungen gibt es für die komplexe V-Band-Bearbeitung am Turbinengehäuse. Man setzt hier u. a. auf eine Plungeoperation mit tangentialen Wendeschneidplatten. Dieses System bietet eine hohe Stabilität und eine sehr weichschneidende Geometrie. Die Wendeschneidplatte ist für alle Plattensitze einsetzbar und damit sehr bedienerfreundlich. Für Drehbearbeitungen empfiehlt der Anbieter sein „Cutgrip“-System mit vielen Geometrien, Spanformern, Beschichtungen und Hartmetallsubstraten. Speziell für die Drehbearbeitung an einem Doppelspindler eignet sich das modulare System. Das Werkzeug ist radial wie axial einstellbar und besitzt je eine Wendeschneidplatte zum Schruppen und Schlichten. Damit können die engen Toleranzen der V-Band-Kontur realisiert werden. Für das Konturdrehen stehen anwendungsspezifische Lösungen zur Verfügung.

Buchsenbohrungen für die Regelkappe am Turbinengehäuse sind Spezialgebiete des Wechselkopf-Bohrsystems „Sum,ocham“ und des modularen Reibsystems „Bayo-T-Ream“. Beide Varianten besitzen wechselbare Köpfe für geringere Kosten und längere Standzeiten. Speziell für die Reib-Bearbeitung von hochwarmfesten Stahlgüssen hat man einen Reibkopf entwickelt mit 20 % mehr Standzeit als vergleichbare Wettbewerbsprodukte. Für diesen Erfolg zeichnet unter anderem die zielgerichtete Innenkühlung direkt an der Schnittzone verantwortlich.
Bild oben: CBN Line - Anwendungsspezifisch entwickelte CBN Schneidstoffe

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