04.12.2023

Aluminium machining in new dimensions

MAPAL high-volume milling cutters in use at bavius

The machine tool manufacturer bavius technologie gmbh was able to achieve impressive material removal rates of over 20 litres per minute on its new high-end model HBZ AeroCell 160 with a new generation of aluminium high-volume milling cutters from the tool manufacturer MAPAL. The result of this successful collaboration comes at the right time for the aerospace industry, which is taking off again following the downturn caused by coronavirus.

The picture shows the interior of the bavius machine with a large aluminum plate and the clamped OptiMill-Alu-Wave milling cutter.
  • The picture shows the interior of the bavius machine with a large aluminum plate and the clamped OptiMill-Alu-Wave milling cutter.
  • Das Bild zeigt den Innenraum der bavius Maschine mit großer Aluminiumplatte und dem eingespannten Fräser OptiMill-Alu-Wave.
  • Das Bild zeigt den Innenraum der bavius Maschine mit großer Aluminiumplatte und dem eingespannten Fräser OptiMill-Alu-Wave.
  • Zu sehen ist der NeoMill-Alu-QBig eingespannt in die Maschine.
  • Im Maschinenraum stehen Thomas Jungbeck, Tim Rohmer und Stefan Diem.
  • Vor der bavius AeroCell 160 stehen Thomas Jungbeck, Stefan Diem und Tim Rohmer.
  • Das bavius Horizontalbearbeitungszentrum AeroCell 160 ist im Gesamten zu sehen.
  • Ein OptiMill-Alu-Wave neben zwei Varianten des NeoMill-Alu-QBig.
Der aus der Handtmann-Gruppe hervorgegangene Maschinenhersteller firmiert seit einem Management-Buy-Out 2017 als selbständiges Unternehmen unter dem Namen bavius technologie gmbh und hat seinen Firmensitz im oberschwäbischen Baienfurt. Bei allen Neuerungen ist das Geschäftsfeld seit fast vier Jahrzehnten das gleiche geblieben. Konstruiert und gebaut werden CNC-Bearbeitungszentren für die präzise Hochgeschwindigkeitszerspanung von großformatigen Werkstücken aus Aluminium.
Das Bild zeigt den Innenraum der bavius Maschine mit großer Aluminiumplatte und dem eingespannten Fräser OptiMill-Alu-Wave.
Der OptiMill-Alu-Wave ist eine Weiterentwicklung des VHM-Schruppfräsers von MAPAL. Für die Versuche wurde der Fräser mit dem größten verfügbaren Durchmesser von 25 mm eingesetzt und mit einer Spindelleistung von bis zu 175 kW gefahren. Dabei schaffte er ein Zeitspanvolumen von 20 dm3/min.   ©bavius
„Zu über 80 Prozent sind wir für die Aerospace-Industrie tätig, wo auf unseren AeroCell Maschinen vorwiegend große Strukturbauteile hergestellt werden“, erläutert Amit Paranjape, Sales Manager bei bavius. Kunden sind Flugzeughersteller sowie deren erste und zweite Zulieferkette. Um die Anlagen von bavius voll auszunutzen, sind große Volumina erforderlich. Aus Baienfurt kommen aktuell zwei verschiedene Maschinenlinien. Auf den Profilbearbeitungszentren PBZ werden unter anderem Sitzschienen für Flugzeuge bearbeitet. Die Horizontalbearbeitungszentren HBZ dienen zur Fertigung großer Strukturbauteile aus dem Vollen. „Hier wird zerspant, was lang und breit ist“, erläutert Paranjape. „Auf unseren Maschinen können Anwender alle erforderlichen Teile für das Gerippe eines Flugzeugs bearbeiten.“ Die Zeitspanvolumina sind dabei extrem, wie das Beispiel eines bavius-Kunden zeigt, der aus Rohlingen mit einem Gewicht von 1,3 Tonnen Fertigteile herausfräst, die nur noch 35 Kilogramm wiegen. 

Trend geht zu horizontaler Bearbeitung

Bei den Maschinenkonzepten vollzieht die Flugzeugindustrie gerade einen Wandel. Nachdem jahrzehntelang vorzugsweise auf Gantry-Maschinen oder vertikalen Bearbeitungszentren gearbeitet wurde, werden jetzt bei Neuinvestitionen horizontale Maschinen bevorzugt, bei denen die Bauteile hochkant aufgespannt sind und die Spindel horizontal herangeführt wird. Für den horizontalen Aufbau spricht vor allem die leichtere Abfuhr der großen Menge an Spänen, die hier praktisch von selbst in den Späneförderer fallen.

Bei bavius merkt man deutlich, dass die Luftfahrtbranche die Coronakrise bald überwunden hat. Die Passagierzahlen haben bereits wieder das Niveau vor der Pandemie erreicht und steigen weiter. Entsprechend werden auch wieder neue Flugzeuge gebraucht, was Maschinenherstellern die Auftragsbücher füllt. Die Nachfrage aus Deutschland, Frankreich, Spanien und weiteren Ländern zeigt, dass auch in Europa wieder viel investiert wird. Gefragt sind vor allem dynamische Maschinen mit hohen Spindelleistungen.
 

Das bavius Horizontalbearbeitungszentrum AeroCell 160 ist im Gesamten zu sehen.
Das bavius Horizontalbearbeitungszentrum AeroCell 160 für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Aluminium-Strukturbauteilen bis zu 1600 x 4000 mm.   ©bavius
bavius is currently expanding its high-end series HBZ AeroCell with the new AeroCell 160. With a range of mechanical changes, the manufacturer also achieves even greater dynamics with the new machine. Modifications in automation reduce non-productive times. Instead of functioning with hydraulic arms, it is now electrically powered. With the set-up station in front of the machine, a complete pallet change takes two to three minutes. If the pallet is already connected with the part, this takes less than a minute. Tool change has also been optimised with a chip-to-chip time now of 12 seconds.

Bis ans Limit und weiter

Die AeroCell 160 ist für höchste Zerspanraten in Aluminium ausgelegt. Ein kräftiger Kühlmittelstrahl und ein verbreiterter Späneförderer sorgen dafür, dass sich nirgendwo Spannester ablagern können. „Mit unserem Konzept vermeiden wir Probleme, die bei Gantry-Maschinen auftreten. Damit können wir moderne Werkzeuge optimal ausfahren“, erläutert Stefan Diem, Anwendungstechniker bei bavius. Um neue Maschinen zu testen und den Kunden zugleich Referenzen an die Hand zu geben, fährt bavius Fräsversuche, die bis ans Limit und darüber hinaus gehen. „Viele Kunden wollen zunächst einen Beweis sehen, bevor sie eine Maschine kaufen“, verrät Diem.
Im Maschinenraum stehen Thomas Jungbeck, Tim Rohmer und Stefan Diem.
Haben in partnerschaftlicher Zusammenarbeit Bestwerte in der Aluminiumzerspanung erreicht (v.l.): Das Team um Thomas Jungbeck (Technischer Berater, MAPAL), Tim Rohmer (Product Manager Vollhartmetall-Fräswerkzeuge, MAPAL) und Stefan Diem (Anwendungstechnik, bavius).   ©bavius
Dem Maschinenhersteller ist es wichtig, für die Versuche die aktuell leistungsfähigsten Werkzeuge einzusetzen, die dann auch für Kundenvorführungen zur Verfügung stehen. bavius testet regelmäßig Werkzeuge unterschiedlicher Hersteller. Wegen der engen Produktionstermine gibt es dafür nicht viele Möglichkeiten. „Um Zeit zu sparen, ist ein guter Austausch mit dem Werkzeughersteller wichtig für uns“, sagt Stefan Diem. „Wir haben seit vielen Jahren einen guten Kontakt zu MAPAL und sind mit den Schrupp- und Schlichtwerkzeugen immer sehr zufrieden gewesen. Ich schätze die gute Zusammenarbeit mit MAPAL, fühle mich gut beraten und aufgehoben.“ 
Ein OptiMill-Alu-Wave neben zwei Varianten des NeoMill-Alu-QBig.
Mit dem OptiMill-Alu-Wave und dem NeoMill-Alu-QBig präsentiert MAPAL zur EMO 2023 ein durchgängiges Programm zur Hochvolumenbearbeitung von Aluminiumwerkstoffen.   ©MAPAL

Weil Fräser der OptiMill-SPM-Reihe zuvor schon bei bavius im Einsatz waren und dabei sehr gut performten, wurde MAPAL erneut angefragt. Das Timing passte: Mit dem OptiMill-Alu-Wave hatte der Werkzeughersteller gerade eine Weiterentwicklung seines VHM-Schruppfräsers fertig entwickelt und bot zudem für größere Durchmesser den neuen Alu-Hochvolumenfräser NeoMill-Alu-QBig mit Wendeschneidplatten. 

Die Fräsversuche sind im Aufbau einfach gehalten, stellen jedoch an die Werkzeuge höchste Anforderungen. bavius fräst dazu eine Reihe von Vollnuten in eine große Aluminiumplatte. Stefan Diem verfolgt damit einen sehr pragmatischen Ansatz: „Wenn das Werkzeug die Vollnut schafft, können wir damit auch Taschen fräsen und jede andere Bearbeitung machen.“ So sind die ermittelten Schnittwerte direkt auf Kundenbauteile übertragbar.
 

Das Werkzeug könnte noch mehr

Das Bild zeigt den Innenraum der bavius Maschine mit großer Aluminiumplatte und dem eingespannten Fräser OptiMill-Alu-Wave.
Der OptiMill-Alu-Wave ist eine Weiterentwicklung des VHM-Schruppfräsers von MAPAL. Für die Versuche wurde der Fräser mit dem größten verfügbaren Durchmesser von 25 mm eingesetzt und mit einer Spindelleistung von bis zu 175 kW gefahren. Dabei schaffte er ein Zeitspanvolumen von 20 dm3/min.   ©bavius

Für die Versuche mit dem OptiMill-Alu-Wave wählte bavius den mit 25 mm größten Durchmesser dieses dreischneidigen Fräsers. Bei einer Spindeldrehzahl von 25.465 min-1 und einer Schnittgeschwindigkeit von 2.000 m/min wurde sukzessive die Spindelleistung erhöht. Das beste Zeitspanvolumen mit rekordverdächtigen 20 dm3/min lieferte Nut Nummer 6. Dieser Testdurchgang wurde mit einer Spindelleistung von 175 kW gefahren, wobei ein Drehmoment von 66 Nm auftrat, zugestellt wurden 30 mm. Bei Versuchen mit höheren Leistungen stoppte die Maschine. „Das Werkzeug kann man voll ausfahren, der limitierende Faktor ist die Spindel“, kommentiert Diem das Ergebnis. „Mit dem 25 mm OptiMill-Alu-Wave haben wir eine neue Dimension in der Aluminiumzerspanung erreicht. Der Fräser ist definitiv besser als alles, was wir bisher eingesetzt hatten.“

Als Auszugsicherung setzte bavius das Safe-LockTM-System ein. „In diesem Drehzahlbereich ist eine symmetrische Auszugssicherung sehr wichtig, um keine Unwucht zu erzeugen“, erläutert Tim Rohmer, Product Manager Vollhartmetall-Fräswerkzeuge bei MAPAL. Eine Weldon-Fläche, wie sie bei solchen Werkzeugen oft als Auszugssicherung angebracht werde, sei hier die falsche Lösung. Um die Laufruhe der Maschine zu gewährleisten, führe auch bei symmetrischen Werkzeugen an sorgfältigem Wuchten kein Weg vorbei.

Bei den Tests in Baienfurt war man zudem mit der erreichten Oberflächenqualität sehr zufrieden. Die Kordelgeometrie des OptiMill-Alu-Wave sorgt für optimale Spanbildung. Das polierte Nutprofil gewährleistet reibungslosen Abtransport der Späne, den die Zentralkühlung des Werkzeugs im Zusammenspiel mit der externen Kühlung in der Maschine unterstützt.

In weiteren Versuchen wurden Taschen in die Aluminiumplatte gefräst, wobei noch ein Zeitspanvolumen von 16 Litern bei sehr guten Oberflächen erreicht wurde. Für Anwendungstechniker Thomas Jungbeck und Component Manager Alexander Follenweider, die die Versuche für MAPAL begleitet haben, ist das ein Beleg für die sehr gute Dynamik des bavius Bearbeitungszentrums: „Oft bleiben andere Maschinen in den Ecken stehen und bewirken hohe Vibrationen. Das tritt bei der AeroCell überhaupt nicht auf, die fast ungebremst um die Ecken fährt.“ 
 

Zu sehen ist der NeoMill-Alu-QBig eingespannt in die Maschine.
Als Wendeschneidplattenwerkzeug ist der neue Aluminium-Hochvolumenfräser NeoMill-Alu-QBig von MAPAL eine wirtschaftliche Lösung für größere Durchmesserbereiche. In den Versuchen überzeugte der 50-mm-Fräser mit hoher Stabilität und Laufruhe. Mit ihm wurde ein Zeitspanvolumen von 18,4 dm3/min erreicht.   ©bavius

Überaus positiv fielen auch die Versuche mit dem neuen Wendeplattenwerkzeug NeoMill-Alu-QBig von MAPAL bei bavius aus, wofür der Durchmesser 50 mm gewählt wurde. Der Aluminium-Hochvolumenfräser schaffte ein Zeitspanvolumen von 18,4 dm3/min. Auf der Maschine überzeugte der Fräser mit seiner hohen Stabilität und Laufruhe und geringen Schnittkräften. Für den Einsatz bei Drehzahlen bis zu 35.000 min-1 hat MAPAL den Grundkörper mit vier Gewindebohrungen zum Feinwuchten versehen. Die hochgenau umfanggeschliffenen Wendeschneidplatten erreichen Oberflächengüten von Ra 0,8 µm und Rz 4 µm bei der Vor- und Fertigbearbeitung. Sie sind mit polierter Spanleitstufe versehen, um den Reibwiderstand und die Hitzeentwicklung zu reduzieren. Auch wurde Gewicht eingespart, um Fliehkräfte zu reduzieren. „Bei größeren Durchmessern sind Fräser mit Wendeschneidplatten die wirtschaftlichere Lösung“, grenzt Heiko Rup, Produktmanager für Werkzeuge mit Wendeschneidplatten, sie gegenüber Vollhartmetallfräsern ab.

Beim Durchmesser 25 mm gehen die beiden Systeme ineinander über. „Manche unserer Kunden greifen nach Möglichkeit immer zu den kostengünstigeren Wendeschneidplatten, andere ersparen sich lieber einen zusätzlichen Arbeitsgang und machen mit dem Vollhartmetallfräser weiter“, berichtet Stefan Diem. Mit verschiedenen möglichen Radien seiner Werkzeuge gibt MAPAL den Anwendern Flexibilität. 

Mit dem Horizontalbearbeitungszentrum AeroCell 160 und den Aluminium-Hochvolumenwerkzeugen bieten bavius und MAPAL Anwendern eine Kombination, die die Bearbeitung von Strukturbauteilen auf ein neues Niveau hebt.
 


Kathrin Rehor, PR Project Manager bei MAPAL

Kontakt

Kathrin Rehor Public Relations Kathrin.Rehor@mapal.com Tel.: +49 7361 585 3342


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