Emerging from the process – development partnership between machine manufacturer and tool manufacturer

“We have a unique approach when we receive customer inquiries,” says Meinolf Wolke, Sales Team Leader at ELHA-MASCHINENBAU Liemke KG (ELHA) in Hövelhof. The medium-sized, owner-managed special machine construction company places the workpiece and its machining at the centre of development and devises an optimal solution perfectly designed for the process sequence. “In doing so, we take all the technical and economic requirements into account,” clarifies Wolke further. Only then do those responsible decide whether an existing machining concept can be used for the process or whether an individual, application-specific construction is required. Meinolf Wolke explains: “As well as providing the machine, we offer services that stretch from process development and the construction of fixtures all the way through to complete, ready-to-operate solutions with automation and production support.”

“The machining tasks are often as unique as the parts themselves – including in terms of the workpiece materials,” adds Alexander Wiesner, Technical Advisor at MAPAL. “Of course, a lot of machining work on complex parts can be achieved with standard tools. But that often comes with significant drawbacks in terms of cycle times, quality, and cost-effectiveness, particularly when large quantities are being produced.” In these cases, special tools that are precisely calibrated by MAPAL for the machining task in question are preferred.

“During the tool design phase, it’s essential to determine the necessary parameters for the machining process,” says Wiesner, “particularly in the case of challenging geometries.” In order to design the process in the best possible way, MAPAL often makes prototype tools. These are then used to carry out extensive tests with the part to be machined. “That, in turn, helps the equipment manufacturers design the machine with the values identified during testing,” continues Wiesner. He says that MAPAL has had a long-standing partnership with ELHA in this area. The following three examples demonstrate the resulting benefits to customers:

„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. 

„Auch bei der Bearbeitung geschmiedeter Querlenker haben wir zusammen mit MAPAL nach einer effizienten Lösung gesucht“, erläutert ELHA-Projektleiter Marcel Thieschnieder, „Ziel war es, prozesssichere Werkzeuge zu entwickeln und die geforderten Taktzeiten einzuhalten.“ Bei dem Querlenker muss aus dem vollen Material am Ende des Lenkers eine Gabel erzeugt werden. Bei dem langspanenden Werkstoff sind bei der geforderten vierspindligen Bearbeitung sehr hohe Antriebsleistungen der Maschine erforderlich. Zudem weist die innere Kontur des Bauteils mehrere Schrägen und Radien auf, was den Abfluss der Späne beim Fräsen erschwert. 

„Um kurze Prozesszeiten zu garantieren, haben wir einen Scheibenfräser mit ISO-Wendeschneidplatten entwickelt, der Schruppen und Schlichten mit Minimalmengenschmierung in nur einem Schritt ermöglicht“, erinnert sich Alexander Wiesner. Die Wendeschneidplatten sind CVD-diamantbeschichtet. Durch die exakt definierte Anordnung der einzelnen Platten, ist die erforderliche Antriebskraft begrenzt. Nach umfangreichen Tests bei MAPAL und den daraus resultierenden Daten, legte ELHA den Antrieb seiner Maschine konkret auf diese Leistung aus. Ein positiver Nebeneffekt des Scheibenfräsers war die Verkürzung der Taktzeit durch nur einen Schnitt. Darüber hinaus wird durch das Werkzeug nur eine Spindelreihe belegt und die Werkzeugfolgekosten für den Endkunden werden verringert.

„Unser Kunde stellt Verteiler für die Hochdruck-Kraftstoffversorgung von Ottomotoren her. Dafür werden tiefe Bohrungen in schlanke geschmiedete Edelstahl-Rohlinge eingebracht“, sagt ELHA-Projektleiter Jörg Rodehutskors. Das Material ist schwer zerspanbar. Die Bohrung ist 300 mm tief. Der axiale Verlauf des Bohrers muss möglichst gering sein. Ansonsten würde die geforderte Mindestwanddicke des hoch druckbelasteten Bauteils unterschritten. Früher bearbeitete der Hersteller diese Bohrungen in einer separaten, einspindligen Werkzeugmaschine mit einem Einlippen-Tieflochbohrer. 

Um seine Prozesse zu optimieren, stellte der Kunde die Anforderung an ELHA, dass die beschriebene sowie alle anderen Bearbeitungsaufgaben mehrspindlig innerhalb ein- und desselben Fertigungsmoduls ausgeführt werden. Die Teile sollten das Fertigungsmodul in einbaufertigem Zustand verlassen.

Für die beschriebene Bohrung holte sich ELHA MAPAL mit ins Boot. Der Werkzeughersteller sollte einen Bohrer liefern, der die Bearbeitung schneller und mit weniger Verlauf und Verschleiß ausführt. Die MAPAL Ingenieure entwickelten daraufhin einen exakt darauf ausgelegten zweischneidigen Vollhartmetallbohrer. Bei den Einsatzparametern vc = 90 m/min und f = 0,5 mm erreicht das neue Werkzeug einen Standweg von 80 Metern und damit fast den dreifachen Weg, den die zuvor eingesetzte Lösung erzielte. Zu den Besonderheiten der gemeinsamen Entwicklung von ELHA und MAPAL zählt auch, dass die Werkstücke in der Spannvorrichtung während der Bearbeitung gegenläufig zur Drehrichtung des Bohrers rotieren, wodurch der Verlauf der Bohrung zusätzlich minimiert wird. Für den Kunden, der pro Jahr bis zu fünf Millionen dieser Bauteile herstellt, ergeben sich dadurch erhebliche Taktzeitvorteile. Zudem benötigt er nur noch eine Maschine, um alle Bearbeitungen zu realisieren.