Service von der Programmierung bis zum Bauteil

Bis vor wenigen Jahren produzierte Schabmüller Zylinderkopfhauben für den VW 3,0 Liter V-Konzernmotor in jährlichen Stückzahlen bis zu 320.000. Die Bauteile, für welche Schabmüller auch die Montage übernimmt, werden nach wie vor hergestellt, allerdings ist das Volumen bereits zurückgegangen. Dafür sind andere Großaufträge hinzugekommen, die das Unternehmen unabhängiger vom Verbrennungsmotor machen. 

„Inzwischen ist die Herstellung von Fahrwerksteilen angelaufen. Das bietet uns die Chance, uns in diese Richtung zu diversifizieren“, freut sich Geschäftsführer Helmut Häckl. „Unser Unternehmen hat sich entwickelt und genau dieses Ziel angestrebt.“ Die neuen Bauteile bringen für Schabmüller aber auch Herausforderungen.
 

Beim Einstieg in die Produktion von Fahrwerksteilen hat Schabmüller ganz neue Erfahrungen gesammelt. Vor allem bei Komponenten für Elektrofahrzeuge werden Projekte teilweise verschoben, ursprünglich geplante Stückzahlen nicht erreicht, oder es gibt noch kurzfristige Änderungen vor Anlauf der Serienfertigung. Helmut Häckl kennt die Hintergründe: „Die OEMs sammeln bis zum Schluss Erfahrungen in Belastungstests für die immer schwerer werdenden Fahrzeuge durch die Batteriegewichte. Das führt dazu, dass bestimmte Bauteile stabiler ausgelegt werden, um jede Grenzsituation abdecken zu können.“ Beispielhaft verdeutlicht Stephan Streck, Technischer Berater bei MAPAL, dies anhand eines Radträgers. Weil im Fahrbetrieb Probleme mit der Steifigkeit aufgetaucht seien, kamen hier quasi in letzter Minute eine weitere zu bearbeitende Fläche und eine Versteifungsrippe hinzu.

Schabmüller muss die Anlagen und Preise für die Bauteile bereits planen, noch bevor feststeht, wie diese im Detail aussehen, was den Hersteller immer wieder vor Herausforderungen stellt. „Um einen Auftrag zu bekommen, ist die Taktzeit der entscheidende Faktor“, so Helmut Häckl.
 

Um solche kurzfristigen Änderungen besser in den Griff zu bekommen und die gesamte Produktion weiter zu optimieren, hat Schabmüller sich dazu entschlossen, MAPAL gleich bei der CAD/CAM-Programmierung mit ins Boot zu holen. „Wir pflegen mit MAPAL eine sehr kooperative Zusammenarbeit und schätzen die schnellen Reaktionszeiten“, erklärt Häckl. „Wir hatten daher ein gutes Gefühl dabei, die Kooperation auf die CNC-Programmierung und die Simulation zu erweitern.“ MAPAL ist bislang schon an der Werkzeugauslegung für neue Projekte beteiligt und verantwortet das Toolmanagement. Diese Dienstleistungen sind maßgeschneidert auf die Bedürfnisse des Kunden. Dazu gehörten bisher schon die Disposition der Werkzeuge, ihre Voreinstellung, Ausgabe und Wiederaufbereitung, technischer Support der Serienfertigung, Werkzeug- und Taktzeit- sowie Standzeitoptimierungen.

Bereits seit 2018 programmiert Schabmüller nicht mehr selbst. „Für CAD/CAM brauchen wir Spezialisten, die dieses Thema beherrschen“, sagt dazu Häckl. „Wenn wir pro Jahr nur zwei bis vier neue Projekte angehen, kann ein Mitarbeiter hier nicht fit sein.“ Zwischenzeitlich nutzte Schabmüller für die Programmierung teilweise Dienstleistungen des Maschinenherstellers. Allerdings bestand keine Möglichkeit für 3D-Simulationen, weshalb dem Fertiger bewusst war, dass nicht alle Möglichkeiten genutzt wurden, um Taktzeiten zu optimieren.
 

Seit MAPAL von Beginn an involviert ist, hat sich das geändert. NC-Programmierung, Simulation und Toolmanagement greifen nun perfekt ineinander. Bei der Werkzeugprojektierung werden beispielsweise Simulationsdaten übernommen, was frühzeitig mögliche Kollisionen erkennen lässt. Auf Bauteiländerungen durch die OEMs vor dem Produktionsstart kann sofort reagiert werden. In den 3D-Simulationen werden Modifikationen noch vorgenommen, bevor die Werkzeuge fertig sind. „Wenn man gravierende Änderungen nicht rechtzeitig abfängt, können dadurch Kosten im fünfstelligen Bereich entstehen“, erläutert Stephan Streck die Bedeutung der Simulation.

Für die Optimierung der Bearbeitung spielt die Simulation ebenfalls eine maßgebliche Rolle. Sie zeigt beispielsweise Einfahrwinkel an, mit denen der Materialabtrag verbessert werden kann. Auch die Umschlingung eines Werkzeugs kann mit den Daten aus dem Computer reduziert werden. „Solche Details sind in der Simulation wesentlich besser zu erkennen, als wenn man durch das Fenster in die Maschine schaut“, weiß Streck.
 

Mit den Fahrwerksteilen geht beim Ausgangsmaterial eine Verlagerung von Aluminiumdruckguss hin zu geschmiedetem Aluminium einher. Schmiedebauteile weisen wesentlich höhere Belastungskennzahlen auf als Gussteile. Die höhere Stabilität wird vor allem bei der Elektromobilität verlangt. Das erhöht allerdings auch die Anforderungen an die Zerspanung, um die verlangte Taktzeit zu erreichen. Der Materialabtrag und damit das zu zerspanende Volumen sind hier wesentlich höher, was nach angepassten Frässtrategien verlangt. 

Außerdem haben sich die Materialeigenschaften verändert, wie Stephan Streck erläutert: „Verglichen mit Aluminiumdruckguss hat das Schmiedematerial einen stark reduzierten Anteil an Silizium. Das hat zur Folge, dass der Span nicht gut bricht, lange Späne bei der Bearbeitung entstehen und wir es mit aufgeschmierten Schneiden zu tun bekommen. Um hier Lösungen zu finden, ist die ganze Kompetenz von MAPAL in der Aluminiumzerspanung gefragt.“ Aus geschmiedetem Aluminium fertigt Schabmüller derzeit einen Teil der in Großmehring hergestellten Radträger, Schwenk­lager und Sturzstreben.
 

Another aspect of improving processes is ­MAPAL bringing new tools on board as soon as they are available and promise benefits. As application engineer Eugen Bien notes, the new indexable insert milling cutter NeoMill-Alu-QBig was used at Schabmüller before it even officially came on the market.

This new indexable insert milling cutter from ­MAPAL stands out for its top performance in high-volume aluminium milling. It is designed for use at speeds up to 35,000 min-1 to achieve the maximum possible material removal rate. For a tight fit despite high centrifugal forces, screws with increased tensile strength are used to hold the indexable inserts firmly in the prismatic seat. ­MAPAL has fitted the tool body with a fine balancing system to protect the machine spindle and achieve high surface finishes where possible. In addition, focus was placed during development on low cutting forces and highly precise indexable inserts.

From the three coatings available, ­MAPAL technicians chose a diamond coating for the machining of mould casting at Schabmüller. During operation, the machine operator rotates the indexable inserts with their two cutting edges directly on the machine. ­MAPAL retips the milling cutter in the setting room. One benefit of the ductile solid carbide inserts of the NeoMill-Alu-QBig in comparison to the milling cutters with brazed PCD blades used before: They break out less quickly when there are sand residues from the casting mould on the raw part.
 

However, there is another aspect that is decisive for the user, as Häckl affirms: “In production, we achieved shorter cycle times with the NeoMill-Alu-QBig, as we were able to attain greater values for cutting speed and feed. For this, we were readily willing to accept shorter tool lifes.”

Switching to the NeoMill-Alu-QBig required a different milling strategy and higher central chip thickness. The values measured by ­MAPAL are testament to the success achieved as a result. The adjustments implemented with higher cutting parameters, the switch from circular milling to helix milling, and the improved machining conditions resulted in a cycle time saving for this machining operation of 54%. The new tool made it possible to increase the feed per tooth from an average of 0,14 mm to 0,32 mm.

In the comprehensive tool set for machining a hub carrier, the NeoMill-Alu-QBig is one of the few standard tools, but it plays a crucial role for the cycle time, as Eugen Bien puts it: “Use of the NeoMill-Alu-QBig constitutes around 30% of the total machining time.” The focus is on the roughing of the component, but the tool also produces surfaces in finished part quality.