Bearbeitung bei Gebhardt auf der Hermle C42 U

Schwenk- und Drehtisch der automatisierten fünfachsigen Hermle C42 U, auf der sowohl geschruppt als auch – zum Teil auf Fertigmaß – geschlichtet wird. - Bild: Gebhardt Werkzeug- und Maschinenbau

Bei Gebhardt gibt es mehr Maschinen als Mitarbeiter. "Deshalb müssen die Maschinen Tag und Nacht laufen, ohne dass jemand danebensteht", berichtet Unternehmenschef Markus Gebhardt. "Daher setzen wir konsequent auf Automatisierung, und zwar so, dass wir trotzdem flexibel bleiben."

Der Fräsbereich zählt für Gebhardt dabei zu den wichtigen Stellschrauben. Schließlich stellt die 24/7-Fertigung mit hundertprozentig konstanter Bearbeitungsqualität extrem hohe Ansprüche an die Prozesssicherheit. Dabei wird die Rolle der verwendeten Fräswerkzeuge sowie auch der eingesetzten Bearbeitungsstrategien häufig unterschätzt.

Gebhardt trockener Schruppprozess
Der trockene Schruppprozess mit dem sechsschneidigen Torus-Einschraub­fräser ASRM 2040 von MMC Hitachi Tool mit 40 mm Durchmesser, bestückt mit GX2140-PLatten. - Bild: Gebhardt Werkzeug- und Maschinenbau

Bei Gebhardt hat man sich beim Fräsen einen hohen Stand erarbeitet. Schon seit vielen Jahren kommen in Baienfurt die qualitativ in der oberen Klasse angesiedelten Produkte von MMC Hitachi Tool zum Einsatz. Bei Tests sollte beim Werkzeugbauer die Geometrie eines etwa 1500 mm langen, 400 mm breiten und 250 mm hohen Stempels zum Ziehen von Aluminium aus unvergütetem, relativ gut zerspanbarem Gesenkstahl 40CrMnNiMo8 (1.2738) aus dem Vollen geschruppt werden. Dieses große Teil wurde gewählt, weil es eine typische Bearbeitungssituation repräsentiert und 1.2738 bei Gebhardt zu den Standardwerkstoffen zählt. Dabei ging der Prozessoptimierer des japanischen Werkzeugherstellers nach dem ganzheitlichen Optimierungskonzept "Production 50" vor, das von MMC Hitachi Tool speziell für spanabhebende Prozessketten im Werkzeug- und Formenbau entwickelt wurde.

Trends µ-genau

Optimierung nach "Production 50"
MMC Hitachi Tool setzt zur Prozessoptimierung beim Anwender auf das für den Fräsbereich entwickelte Optimierungskonzept "Production 50". Diese Vorgehensweise umfasst neun Punkte, es geht im Wesentlichen darum, nach genauer Analyse des Ist-Zustands unter Austausch mit allen Beteiligten einen alternativen Fertigungsprozess zu erarbeiten und anschließend in die Praxis umzusetzen. Diese Erarbeitung des neuen Fertigungsprozesses schließt auch eine Wirtschaftlichkeitsberechnung ein.

Das Testergebnis hat die Erwartungen weit übertroffen, weshalb die ermittelten Werte heute in Baienfurt als Referenz gelten. So hat sich die Standzeit mit den Werkzeugen von MMC Hitachi Tool bei Bauteilen dieser Art zwischen 30 und 40 Prozent erhöht. Plattenbrüche kommen nicht mehr vor. Die Platte wird heute durchgängig zum Schruppen auf allen Maschinen vom Baustahl bis hin zu hochlegierten Stählen eingesetzt, wobei man die hohen Standzeiten bei jeder dieser Anwendungen erreicht. Zudem hat die Geschwindigkeit deutlich zugelegt. Im Versuch sank die Bearbeitungszeit auf 240 min – rund 30 Prozent schneller.

Angespornt von diesen signifikanten Verbesserungen beim Schruppen sollte ein weiteres Projekt herausfinden, ob sich mit MMC Hitachi Tool auch die Hartbearbeitung optimieren lässt. Darum wurden zwei zweischneidige, unterschiedlich beschichtete Kugelfräser (EPBTS-TH, HGOB-PN) mit 10 mm Durchmesser einem Vergleichstest mit insgesamt sieben Kugelfräsern ähnlichen Typs anderer Hersteller unterzogen. Als Versuchsobjekt diente ein leicht zu messender 100 mm hoher Block mit einer Länge und Breite von 80 mm aus verschleißfestem und auf etwa 60 HRC vorgehärtetem chromlegierten Kaltarbeitsstahl X155CrVmo12-1 (1.2379), der bei Gebhardt der Standardwerkstoff bei der Hartbearbeitung ist. Der Versuchsaufbau bestand aus einem eingeschwenkten Kugelfräser, mit dem über 5 h in einem Winkel von 30° auf einem einzigen Punkt durchgefräst wurde. Wenn der Kugelfräser nach diesen 5 h keinen Verschleiß aufweist, so der Rückschluss, kann man in der Praxis mit 10 h Standzeit aufgrund der hier wechselnden Bedingungen an der Kugelflanke rechnen.

Bei den Tests blieben alle Bearbeitungsparameter stets gleich, Ausgangspunkt waren die Schnittwertvorgaben und die Erfahrungen mit MMC Hitachi Tool. Gemessen wurde die Oberfläche, die Abweichung zum Nullmaß, also zum programmierten Maß, sowie die Konizität, also der Abbau vom Fräswerkzeug im Prozess. Das Ziel war ein wirklicher Eins-zu-eins-Vergleich zwischen einem teureren und einem billigeren Werkzeug.

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Bei dem EPTS war ein Verschleiß von 0,02 mm messbar, die Abweichung vom Nullmaß betrug ebenfalls 2/100 mm. Das war deutlich besser als bei den Konkurrenzwerkzeugen, wo Verschleiß und Maßabweichung teilweise bis zu 0,07 mm betrugen, bei einem Mittenrauwert Ra von teilweise bis zu 0,7 μm. Der EPBTS lieferte hinsichtlich Standzeit und Oberflächenqualität insgesamt das beste Ergebnis. Schließlich wurde als optimales Ergebnis mit dem EPBTS ein Ra von 0,21 μm erzielt – fast Polierqualität. Das Bearbeitungsergebnis bei den Werkzeugen der verschiedenen Hersteller hat sich stark unterschieden: Unter exakt gleichen Bedingungen sind teilweise vierfach schlechtere Oberflächen notiert worden. Getestet wurden die Kugelfräser außerdem in 20°-Anstellung sowie in senkrechter Ausrichtung, um die Stirngeometrie zu testen. Auch hier konnte der EPBTS in Sachen Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit klar überzeugen.

Gebhardt bearbeiteter Biegestempel
Ober- und Unterseite des fertig bearbeiteten Biegestempels aus 1.2738, der dem des Testwerkstücks entspricht. Mit diesem Ziehwerkzeug entstehen Sichtteile aus Aluminium – die Windlaufblenden für den Audi A8 – die besonders hohe Anforderungen an die Oberflächen stellen. - Bild: Gebhardt Werkzeug- und Maschinenbau

Beeindruckend sind aber auch die deutlich gesunkenen Fertigungskosten: Die höheren Kosten der Platten des Testwerkstücks, die zum Schruppen des Biegestempels benötigt wurden, spart Gebhardt über die höhere Standzeit und die ein Drittel schnellere Bearbeitung mehr als ein. Unter Einbeziehung der Maschinenkosten sind die Fertigungskosten beim Schruppen des Biegestempels um gut 24 Prozent gesunken. Auch deswegen setzt der Werkzeugbauer heute im Stahlbereich fast ausschließlich MMC Hitachi Tool ein. Zumal man in Baienfurt schneller fräst, von höheren Standzeiten profitiert und mit weniger Kosten fertigt.
"Zudem haben wir in Sachen Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität nachgelegt – je besser die gefräste Oberfläche, desto weniger ist die manuelle Nacharbeit, die im Idealfall heute auch ganz entfällt. Das ist ein extrem wichtiges Argument, denn wo nicht nachgearbeitet werden muss, bleibt die Geometrie unbeeinflusst", fasst Markus Gebhardt zusammen. "So habe ich am fertigen Werkzeug eine höhere Genauigkeit. Mit am wichtigsten ist aber, dass wir beim Thema Prozesssicherheit einen entscheidenden Schritt vorangekommen sind, denn seit wir auf MMC Hitachi Tool umstiegen, haben wir beim Schruppen noch keinen einzigen Halter kaputt gefahren." vg

Profil

Gebhardt Werkzeug- und Maschinenbau GmbH
Die Gebhardt Werkzeug- und Maschinenbau GmbH zählt sich zu den führenden deutschen Unternehmen im Bereich des Präzisionswerkzeugbaus. Die Werkzeuge sind meistens so groß, dass sie nicht am Stück gehandhabt werden können und deshalb modular als einzelne Baugruppen aufgebaut sind. Im Schnitt stellen die 90 Gebhardt-Mitarbeiter des 1964 gegründeten Werkzeugbaus jährlich etwa hundert Module her. Daraus entstehen vorwiegend Einlege- und Folgeverbundwerkzeuge, mit denen Teile und Komponenten aus Stahl und Buntmetall für Fahr-werke oder Bodengruppen ebenso gefertigt werden wie Zierteile aus Aluminium. Für den Tryout stehen vier Pressen bis 15 000 kN für bis zu 6 m lange Werkzeuge zur Verfügung, wodurch das Testen unter seriennahen Bedingungen ebenso möglich ist wie die Produktion von Kleinserien im Kundenauftrag.