28.09.2023

In Bestzeit zum Strukturbauteil

Wenzler, a company of HELLER Group, und MAPAL mit gebündeltem Know-how

Als es bei einem Sportwagenhersteller zu einem Engpass bei Strukturbauteilen kam, vertraute dieser auf das Prozess-Know-how der August Wenzler Maschinenbau GmbH. Um die mehr als sportlichen Zeitvorgaben des Autobauers erfüllen zu können, bündelten der zur HELLER Group gehörende Maschinenhersteller Wenzler und der Werkzeughersteller MAPAL ihr Fachwissen.

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  • Das Bild zeigt ein speziell ausgelegtes Kombinationswerkzeuge von MAPAL.
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Die 1954 gegründete August Wenzler Maschinenbau GmbH in Spaichingen kommt aus dem Sondermaschinenbau und hat über Jahrzehnte hinweg vor allem Rundtischmaschinen hergestellt, die vorzugsweise für die Produktion von Armaturen zum Einsatz kommen. 2009 wurde Wenzler von der HELLER Group übernommen. Das Maschinenportfolio wurde danach komplett verändert, vom ehemaligen Sondermaschinenbauer hin zum Standardhersteller von 5-Achs-Bearbeitungszentren. Wenzler ist in der HELLER Group für Lösungen im Bereich Strukturbauteile zuständig. Das Bearbeitungszentrum vom Typ VKM weist dabei die Besonderheit auf, dass bis zu zwei Zentren in einem Grundbett integriert werden können. Das ermöglicht ein kompaktes Layout bei guter Zugänglichkeit. In Verbindung mit hoher Agilität und der Verwendung von Minimalmengenschmierung ist diese Maschine ideal geeignet zur Zerspanung von Aluminiumstrukturbauteilen.
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Sein Bearbeitungszentrum VMK stattete Wenzler mit Spannvorrichtung, Prozess und einem Werkzeugsatz von MAPAL aus und stellte dem Automobilzulieferer damit eine Turn-Key-Maschine zur Verfügung.   ©Wenzler

Alle technologisch aufwendigen Komponenten, etwa die Rundachsen und die Hauptspindeln, bezieht Wenzler dabei von HELLER. Die translatorischen Achsen der Maschine befinden sich im Werkzeug und die rotativen Achsen im Werkstück. Das ermöglicht die Integration von Verfahrwegen mit den Abmessungen 1500 x 1250 mm.

Wenig Masse, hohes Tempo

Andere Maschinen dieser Größe sind in der Regel auf ein hohes Zerspanvolumen ausgelegt, was sie entsprechend schwer und langsam macht. Wenzler ist einen anderen Weg gegangen und hat eine sehr agile Maschine mit geringen Massen konstruiert. Für die Größe der Maschine ist das Zerspanvolumen bei Strukturbauteilen eher klein und wird mit leichten bis mittleren Schnitten erzeugt. Jedoch muss die Maschine, die vom Zerspanungsprozess herrührenden Schwingungen aufnehmen können. Die hohe Agilität ist für geringe Nebenzeiten entscheidend.

Ein typisches Bauteil ist der Fahrschemel, der in Fahrzeugen als Hinterachsträger fungiert. Er misst bis zu 1000 x 1000 mm und wiegt zwischen 25 und 30 kg. Damit bietet sich eine automatische Be- und Entladung der Maschine an. Der Arbeitsraum der VKM ist von zwei gegenüberliegenden Seiten gut zugänglich, was eine sichere räumliche Trennung von Roboter und Werker erlaubt. 

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Subframes look very much alike for all vehicles, but their vibrational behaviour during machining can be markedly different. The optimal cutting tools therefore have to be found for each project.  ©Wenzler

The machines are largely designed to be turnkey solutions. “We always prefer to deliver the process, clamping fixture and tools along with the machine as a complete package. This way we know that everything will work well”, explains Wolfgang Wenzler. Together with his sister Ingrid Wenzler, they are the third generation to run the family company. “First and foremost, we remain a system provider. The requirement profile of our clients has not changed. The client still comes with a workpiece, names the quality and quantity, and wants a suitable solution from us.”

If speed is of the essence, Wenzler sometimes comes up with unconventional solutions. In the past, machines were already delivered to clients even though the design of the part had yet to be finalised and the process still had to be defined. Instead, Wenzler completed development on a TechCenter machine, which is available in Spaichingen for this purpose, and delivered the process later on. This machine was also used when a sports-car manufacturer that did not have its own parts production desperately needed 3,000 subframes. The machine manufacturer quickly became a contract manufacturer and helped its client out.

The quality of the parts and Wenzler’s inherent process know-how convinced the car manufacturer. Four years later, they turned once more to the Spaichingen-based company. Once again, it involved manufacturing subframes. The company wanted to buy a machine together with a process designed to use minimum quantity lubrication. The sports-car manufacturer wasn’t striving to start its own parts production in this way, but rather to equip one of its suppliers, a foundry, which was unable to achieve the required cycle time for the part on its own.

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View of production at Wenzler: two spindles and two autonomous chambers are being installed in two VKM 2-2 machines.   ©Wenzler

From 4 hours to 16 minutes

At first, the foundry needed around four hours to mechanically machine the rear-axle mount with multiple clamping setups. After some optimisations, they still needed two hours. The production goal of 4,000 pieces per year would have been at risk with this output. Based on the data, Wolfgang Wenzler analysed the part and came to the conclusion that a cycle time of 16 minutes was possible. In his opinion, this would only be achievable if MAPAL was aboard as the tool supplier for this project. The two companies have been working together for more than 40 years and have successfully completed many projects. The precision tool manufacturer from Aalen contributes its solution expertise to this partnership, which is based on trust and cooperation on an equal footing.

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Pooled their knowledge for the complex project (from left): Igor Ivankovic, Peter Krafft (both MAPAL), Ingrid Wenzler, Wolfgang Wenzler, Sebastian Knaus (all from Wenzler) and Sven Frank (MAPAL). Behind them a VKM 2-2 machine with two spindles and two autonomous chambers.  ©MAPAL

The special challenge here this time was the enormous time pressure as the project had to be completed within ten weeks. The “normal” timeframe for such a project is ten months. The blanks represented a further handicap. In car manufacturing, 4,000 parts are considered a small series. It would not have been economical for the foundry to invest a lot of time and money to optimise blanks like it would have for a large series. Instead, the blanks had very large sprues and required a lot of stock removal. And so a lot of aluminium still had to be machined during finishing.

Wolfgang Wenzler appreciates the cooperation with MAPAL: “It is impressive how accessible this company is. When it comes to making decisions, we reach the right people here very quickly, all the way up to management. Without long correspondence, we were given binding confirmation even by telephone, which was particularly important for this project.” MAPAL’s experience with PCD also came into play. Wenzler was able to profit from their enormous knowledge.

Three of the tool manufacturer’s technicians were involved in the project in Spaichingen. As a technical consultant for the client, Peter Krafft took care of all the questions that arose in everyday operation. Sven Frank is Global Head of MTB Management and thus responsible for machine manufacturers. Igor Ivankovic, Component Manager Chassis & Brakes, contributed his specialist knowledge about parts. “Thanks to this line-up, we were able to help very quickly; our expertise is available immediately from day one”, Frank explains. “We have also been focusing for years on process designs with minimum quantity lubrication to increase the sustainability of machining production. We were able to draw on extensive expertise.”

Four tools are the key

An analysis showed that the first four of a total of 26 tools were responsible for 60 percent of the cycle time. The others were only employed for a relatively short period of time. The tool manufacturer therefore knew where to start to improve performance. Right from the first meeting, MAPAL made concrete suggestions with regards to tool design. “You could notice that our two companies have a lot of experience in this field and all the necessary decisions can be made quickly”, Wolfgang Wenzler reports.

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Responsible for 60 percent of the cycle time: special attention was paid to these four tools when machining the subframe.  ©MAPAL
“Of course we gave thought at MAPAL to which tools we should use for such a small series”, Ivankovic explains. “As very long paths added up when machining all the individual cuts, there was no way around using PCD.” For the first machining step, a standard high-feed milling cutter NeoMill-2-HiFeed with carbide indexable inserts was chosen. With its maximum cutting depth of 17 mm, it mills the risers left over from casting.
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Die Bearbeitungssituation an den Fahrschemeln: hohes Aufmaß und teilweise noch verschlossene Lagerbohrungen. Bohrungen und Gewinde spielten für die Taktzeit kaum eine Rolle.  ©MAPAL
Als nächstes bearbeitet ein PKD-bestückter SPM-Fräser verschiedene Konturen. Um hohe Rampenwinkel beim Helixfräsen fahren zu können, ist das Werkzeug stirnseitig freigestellt. Die Vorbearbeitung der Bohrung reduziert die auftretenden Zerspankräfte und bietet bei undefinierter Aufmaßsituation mehr Flexibilität. Für die Fertigbearbeitung der Fahrschemellager als drittem Bearbeitungsschritt arbeitete MAPAL vier mögliche PKD-Lösungen aus. Da bei der Projektauslegung noch nicht bekannt war, wie die Fahrschemellager eingepresst werden, wählte man für das Aufbohrwerkzeug eine flexible Sonderlösung mit wechselbaren PKD-Schneidplatten, die sich im Radius verstellen lassen. Das vierte Werkzeug schließlich ist ein PKD-Zirkularfräser für die Bearbeitung der Sturzstrebe, ebenfalls ein Sonderwerkzeug. Die definierte Schneidkantenbearbeitung eliminiert Vibrationen, die aus dem Bauteil oder der langen Auskraglänge des Werkzeugs entstehen können. Alle Werkzeuge sind optimal auf den Einsatz mit Minimalmengenschmierung ausgelegt.
Das Bild zeigt ein speziell ausgelegtes Kombinationswerkzeuge von MAPAL.
Das Strukturbauteil, ein Fahrschemel, wird von einer speziellen Spannvorrichtung auf der Wenzler-Maschine stabil gehalten und kann in einer Aufspannung von allen Seiten bearbeitet werden.  ©Wenzler

Die erzielten Ergebnisse sorgten bei Wolfgang Wenzler für Erleichterung: „Mit den Werkzeugen von MAPAL erzeugten wir auf Anhieb sehr gute Oberflächen, damit waren wir hochzufrieden. Das Fräsgeräusch war super satt und wir konnten sensationelle Schnittwerte fahren.“ Auch mit seiner berechneten Taktzeit hat er voll ins Schwarze getroffen. Bei der ersten Bearbeitung im Automatikbetrieb war das Bauteil ohne Optimierungen in 16 Minuten fertig. Trotz aller Erfahrung ist jedes neue Strukturbauteil für Wenzler wieder eine neue Herausforderung. Die Massenverteilung ist bei jedem Frame etwas anders, der dadurch sein ganz eigenes Schwingungsverhalten aufweist. 

Auch Peter Krafft war von der schnellen Abwicklung beeindruckt: „Die Werkzeuge kamen auf die Maschine und man konnte sofort produktiv arbeiten. Ich habe schon sehr viele Projekte betreut, aber mit so wenigen Änderungen lief es selten ab.“ Für die drastische Verkürzung der Taktzeit hat Sebastian Knaus, technischer Leiter bei Wenzler, mehrere Erklärungen: „Die Gießerei hatte zunächst nur eine langsamere Maschine zur Verfügung, auf der Standardwerkzeuge benutzt wurden, die viele Wege benötigten. Unser Performance-Ansatz war dem von vornherein überlegen. Hinzu kam, dass zuvor mit drei Aufspannungen gearbeitet wurde.“ Weil die Brücke der Wenzler VKM relativ schlank baut, konnten Bearbeitungen auch „über Kopf“ ausgeführt werden, was die Fertigung des gesamten Bauteils in einer einzigen Aufspannung ermöglichte.

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Die relativ schlanke Brücke der Wenzler VKM erlaubt die Komplettbearbeitung des Bauteils, da auch „über Kopf“ bearbeitet werden kann.   ©MAPAL
Möglicherweise sei der abgelieferte Prozess etwas „übertechnologisiert“, räumt Wolfgang Wenzler ein, doch musste bei diesem Schnellschuss auf Anhieb alles sitzen. Dazu gehört auch, dass die Produktion beim Zulieferer nun ohne regulierende Eingriffe prozesssicher in hoher Qualität durchläuft. „Enge Produktionsvorgaben und der Fachkräftemangel könnten dafür sorgen, dass künftig verstärkt Hochtechnologie eingesetzt wird, um problemlose Prozesse zu gewährleisten“, kann sich Wolfgang Wenzler vorstellen. Das Projekt in Spaichingen hat gezeigt, das mit der eingesparten Laufzeit und den entsprechend reduzierten Maschinenstunden mit teureren Lösungen sogar bei relativ geringen Stückzahlen niedrige Costs per part möglich werden. 

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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