Neuer Dreh für die E-Mobilität

Der Wandel in der Automobilindustrie vom konventionellen Verbrennungsmotor hin zum Elektroantrieb wird immer deutlicher. NILES-SIMMONS stellt sich diesem Umbruch und zielt mit effizientesten Herstellungsverfahren auf die Teilefertigung für die E-Mobility-Branche, um an die erfolgreichen Zeiten in der Kurbelwellenfertigung nahtlos anzuknüpfen.

Der überwiegende Teil der von NILES-SIMMONS in Chemnitz gebauten Maschinen dient der Bearbeitung rotationssymmetrischer Werkstücke. Während hier die Drehbearbeitung im Vordergrund steht, konzentriert sich MAPAL als Werkzeughersteller überwiegend auf kubische Bauteile, die gebohrt, gerieben und gefräst werden. Vor diesem Hintergrund ist es wenig verwunderlich, dass es zwischen den beiden Unternehmen in der Vergangenheit wenig Berührungspunkte gab. Das sollte sich bei der EMO 2019 ändern. Am Messestand von MAPAL hat NILES-SIMMONS, ein Exponat entdeckt, das als Drehteil identifiziert wurde: ein Statorgehäuse für Elektromotoren. MAPAL hatte bis dahin die Feinbohrwerkeuge für die Bearbeitung der Teile auf Fräszentren als sehr effizienten, hochgenauen Prozess in der Industrie etabliert. 
 

Topfförmige Bauteile wie Statorgehäuse sind eine sehr häufig eingesetzte Bauform für Elektromotoren in der Automobilindustrie. Das dünnwandige Aluminiumgehäuse ist außen mit Rippen für den Kühlkreislauf versehen und wird in das größere Motorgehäuse montiert. „Wir haben hier ein rotatorisches Werkstück mit einer rückseitigen Unwucht, das gedreht werden kann, aber aufgrund der hohen Durchmessergenauigkeit sowie den vom Markt geforderten Form- und Lagetoleranzen auf- und feingebohrt werden muss“, beschreibt MAPAL Gebietsverkaufsleiter André Ranke die Ausgangslage der Entwicklungspartnerschaft. Für die Versuche, die im Rahmen des Projekts bei NILES-SIMMONS zusammen mit Technikern von MAPAL stattfanden, kam kein Kundenwerkstück, sondern ein von MAPAL entworfener Dummy zum Einsatz, der alle seriennahen Anforderungen abbildet. Die Innendurchmesser bewegen sich hierbei im Bereich von 220 mm bis 231 mm, die Außendurchmesser zwischen 250 mm und 260 mm. Es werden innen und außen Passungstoleranzen im IT6-Bereich gefordert, sowie Zylinderformen zwischen 20 und 30 µm. Die Konzentrizität zwischen den verschiedenen Durchmessern ist teilweise auf 0,05 mm eingeschränkt.

There are advantages to vertical machining. One of these is the space-saving interlinked setup of individual machining units, optimum transport of chips and processing agents, and a compact design with a small installation area, including a pick-up system.

“The pick-up is a standard solution for turning, as it is already widely used today for comparable parts. This loading solution is perfectly designed for automated mass production of stator housings,” says Thomas Lötzsch, Sales Manager at NILES-SIMMONS.

The key benefit of the newly developed process is the potential boost in productivity. From the outset, part production time has already been cut by 50 percent in the combined turning and boring process compared to the conventional turning process. Daniel Pilz, who managed the project at NILES-SIMMONS, describes how time is saved in each individual step, which, as the case may be, may involve the turning of the workpiece, of the tool or of both. 
 

In the second machining step, a bell-shaped tool developed by NILES-SIMMONS is used for the outer contour, while a MAPAL ISO boring tool is used for semi-finishing the inner diameter. The inside and outside of the workpiece are machined at the same time. “What’s special is that a statio­nary, vertical external machining tool is attached to the spindle housing. The spindle drives the internal machining tool,” says Daniel Pilz, describing the setup. The workpiece dips into the annular gap formed by these two tools. All diameters are produced with one single feed movement – for this specific part, this amounts to three inner and three outer diameters. Four blades are used for each diameter. “As well as being able to machine the inside and outside simultaneously, altogether we take just an eighth of the time we would need for conventional turning,” says Pilz. Other benefits include the following:

•    Due to the counteracting cutting forces of the internal and external machining, a lower torque must be maintained on the workpiece clamping device. 
•    Vibrations in the thin-walled part during machining are absorbed by the simultaneous cutting action of the inserts on the inside and outside.

In this test, simultaneous internal and external machining took place with a cutting speed of 700 m/min. Machining using the sandwich method with the workpiece in the middle ensures that the part is stabilised during machining, as the inserts are cutting on both sides at the same time and thus guiding the part. Complex clamping technology with vibration dampening is not required, which has a noticeable impact on costs. While industry already uses MAPAL’s tool on horizontal machining centres for the internal machining of stator housings, the bell-shaped external tool from NILES-SIMMONS was newly developed and a patent was filed for the innovative process.
 

In addition to the successfully implemented vertical concept, NILES-SIMMONS is also investigating the possibility of refitting existing horizontal machines. The Chemnitz-based company has over 300 turn-broaching and crankshaft milling machines currently in use in car manufacturers’ crankshaft production lines worldwide. Both the innovative process and MAPAL’s tools can also be integrated into a horizontal version of the concept. MAPAL also offers the possibility of using additively-manufactured tools in which weight savings are not the sole focus and coolant outlets can be geared even more specifically towards the cutting edge.

Apart from the machining of stator housings, the process can also be used for other workpie­ces from a wide range of sectors, such as cooling elements for hybrid engines, pipe and flange couplings for the oil and gas industry, bearing and housing components for general machining, and workpieces for the plastics industry. This makes this process relevant for a very wide range of different workpieces with tube- and pot-shaped geometry requiring tolerances less than or equal to IT6 and with ultra-precise shape and position tolerance.