Vom Prozess gedacht – Entwicklungspartnerschaft von Maschinen- und Werkzeughersteller

„Die Zerspanungsaufgaben sind oft genauso individuell wie die Bauteile selbst einschließlich ihrer Werkstoffe“, ergänzt Alexander Wiesner, Technischer Berater bei MAPAL. „Natürlich lassen sich viele Bearbeitungen an komplexen Bauteilen auch mit Standardwerkzeugen umsetzen, allerdings ergeben sich daraus vor allem bei großen Stückzahlen oft erhebliche Nachteile bezüglich Taktzeit, Qualität und Wirtschaftlichkeit.“ In diesen Fällen sind Sonderwerkzeuge, die MAPAL genau auf die jeweilige Bearbeitung abstimmt, das Mittel der Wahl. 

„Bei der Werkzeugauslegung kommt es auch darauf an, die erforderlichen Parameter des Bearbeitungsprozesses zu ermitteln“, sagt Wiesner, „insbesondere bei anspruchsvollen Geometrien“. Um den Prozess bestmöglich auszulegen, fertigt MAPAL deshalb häufig Werkzeuge als Prototypen. Damit werden dann umfangreiche Versuche am zu bearbeitenden Bauteil gefahren. „Dies wiederum hilft dem Anlagenhersteller, die Maschine mit den ermittelten Werten aus den Versuchen auszulegen“, so Wiesner weiter. Mit ELHA bestehe auf diesem Gebiet eine langjährige Entwicklungspartnerschaft. Die Vorteile für die Kunden, die sich daraus ergeben, werden nachfolgend anhand von drei Beispielen vorgestellt: 

„Beim Vollbohren in Aluminium inklusive der Herstellung einer Passung bei der Bearbeitung eines Querlenkers stellten uns die Leistungen der bisher eingesetzten Lösung nicht zufrieden“, erinnert sich ELHA-Projektleiter Friedhelm Dresmann. Zum Einsatz kamen Werkzeuge mit gelöteten PKD-Schneiden (polykristalliner Diamant). Um die Bearbeitungszeit möglichst gering zu halten, wurden diese Bohrer mit sehr hohen Vorschüben eingesetzt. Als Nachteile erwiesen sich dabei die dafür nötige, hohe Antriebsleistung sowie die unzureichende Haltbarkeit der PKD-Schneiden an der Vollbohrstufe. Auf der Suche nach einer Lösung wandten sich die Verantwortlichen bei ELHA an MAPAL. Gemeinsam arbeiteten die Mitarbeiter des Maschinen- und des Werkzeugherstellers an einer Lösung. Entstanden ist ein Hybridwerkzeug. Es ist mit dreischneidigen, CVD-diamantbeschichteten ISO-Wendeschneidplatten zum Vollbohren in der Werkzeugspitze bestückt. Gelötete PKD-Schneiden auf der zweiten Stufe des Werkzeugs erzeugen die Passung. 

Die Versuchsingenieure von MAPAL testeten das neue Werkzeug im eigenen F&E-Zentrum. Es überzeugte. Neben den insgesamt geringeren Kosten der Wendeschneidplatten ergab sich eine verringerte erforderliche Antriebsleistung aufgrund der positiven Schneidengeometrie. Zudem bilden sich, wie zuvor oftmals geschehen, keine langen Späne mehr. Die Wendeschneidplatten an der hoch belasteten Bohrerspitze können einfach und schnell gedreht beziehungsweise getauscht werden. So sank auch der Instandhaltungsaufwand beträchtlich. Insgesamt reduzierten sich die Kosten für den Hersteller des Querlenkers pro Herstellung einer Bohrung um mehr als 50 Prozent. 

“We also worked with MAPAL to find an efficient solution for machining forged suspension arms,” explains ELHA Project Leader Marcel Thieschneider. “Our goal was to develop process-reliable tools while maintaining the required cycle times.” For the suspension arm, a yoke needed to be created from the solid material at the end of the arm. During the required four-spindle machining process, the long-chipping workpiece material demands very high drive power to the machine. In addition to this, the internal contour of the part features a number of angles and radii, making the expulsion of chips during milling difficult.

“In order to ensure short process times, we developed a disc milling cutter with ISO indexable inserts that enables roughing and finishing with minimum quantity lubrication in just one step,” recalls Alexander Wiesner. The indexable inserts are coated with CVD diamond. The precisely defined arrangement of the individual inserts limits the drive power required. After considering the comprehensive tests at MAPAL and the data that resulted from them, ELHA set its machine to operate at this drive power. A positive side effect of using the disc milling cutter was the reduction in cycle time, as only one cut is needed. On top of that, the tool only occupies one row of spindles, reducing the resulting tool costs for the end customer.

“Our customer is a manufacturer of high-pressure fuel-supply distributors for petrol engines. This requires drilling deep bores in narrow, forged, stainless steel blanks,” says ELHA Project Leader Jörg Rodehutskors. The material is difficult to machine, and the bore is 300 mm deep. The drill needs to experience as little axial deviation as possible, otherwise wall of the part (which experiences high pressure) will fall below the required minimum thickness. Previously, the manufacturer machined these bores in a separate, single-spindle machine tool with a single-flute deep hole drill.

In order to optimise their processes, the customer asked ELHA to provide a solution in which the process described above, along with all other machining tasks, could be performed on a single production module using multiple spindles. The parts should leave the production module in ready-to-install condition.

ELHA enlisted MAPAL to assist with the bore process previously discussed. The tool manufacturer was asked to provide a drill that was able to carry out the machining more quickly – and with less deviation and less wear and tear. The MAPAL engineers developed a double-edged solid carbide drill designed to meet the requirements perfectly. With application parameters of Vc = 90 m/min and f = 0.5 mm, the new tool achieves a tool life of 80 metres – almost three times as long as the solution previously in use. Another special feature of the solution developed jointly by ELHA and MAPAL is that the workpieces in the clamping fixture rotate in the opposite direction to the drill during machining, which reduces the deviation of the bore even further. This leads to significant cycle time benefits for the customer, who manufactures up to five million of these parts every year. And on top of that, they now only need one machine to carry out all machining tasks.

“These three examples demonstrate the benefits of our close collaboration with MAPAL,” concludes Carina Becker from Technical Sales at ELHA. “And on top of that, the cooperation gives our design engineers additional freedom.” MAPAL’s specialists for the development of high-performance tools, as well as their exceptionally well-equipped R&D department in Aalen, make it possible to develop and intensively test new tool solutions even during the planning phase. That means ELHA is able to offer its customers even more well-engineered and economically advantageous solutions.

ELHA primarily developed the production module series for the cutting manufacturing of mass-produced parts (> 100,000 identical or similar parts). In this manufacturing concept, the tools themselves are not moved, but instead the parts are passed along tools arranged in rows. Every row of tools has a clamp and drive system that is optimised for the machining task. The workpieces are moved from each tool row to the next using the clamping fixture, which achieves the shortest possible chip-to-chip times. The modular system can be equipped with various multi-spindle modules. Multi-spindle revolvers providing space for up to 128 directly driven tools can be used for even more flexibility.

ELHA-MASCHINENBAU is a family-run business that manufactures machine tools for cutting metal machining. The company was founded in 1930 and today is known for its machining centres, special-purpose machines and production modules.