A new turn for e-mobility

The shift from conventional combustion engines to electric drives in the automotive industry is becoming increasingly clear. NILES-SIMMONS is facing up to this change and targeting parts production for the e-mobility sector with highly efficient manufacturing processes – with the aim of seamlessly following on from the golden era of crankshaft manufacture.

The majority of machines built by NILES-SIMMONS in Chemnitz are used for the machining of rotationally symmetrical workpieces. While turning plays a key role here, MAPAL as a tool manufacturer focuses primarily on cubic parts which are drilled, reamed and milled. In light of this, it’s little surprise that there had been few points of contact between the two companies in the past. That changed at the EMO 2019 trade show. At MAPAL’s stand, NILES-SIMMONS discovered an exhibit identified as a turning workpiece: a stator housing for electric motors. By then, MAPAL had established fine boring tools for machining parts on milling centres as a highly efficient and ultra-precise process in the industry.
 

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. 
 

Im zweiten Bearbeitungsschritt kommt ein von NILES-SIMMONS eigens entwickeltes Glockenwerkzeug für die Außenkontur in Kombination mit einem MAPAL ISO-Aufbohrwerkzeug für die Semischlichtbearbeitung des Innendurchmessers zum Einsatz. Die Innen- und Außenseite des Werkstücks werden gleichzeitig bearbeitet. „Die Besonderheit ist, dass ein stehendes Außenbearbeitungswerkzeug am Spindelgehäuse angebracht ist. Die Spindel treibt das Innenbearbeitungswerkzeug an“, beschreibt Daniel Pilz den Aufbau. In den von diesen beiden Werkzeugen gebildeten Ringspalt taucht das Werkstück ein. Mit einer einzigen Vorschubbewegung werden alle Durchmesser hergestellt, das sind bei diesem konkreten Bauteil je drei Innen- und Außendurchmesser. Pro Durchmesser sind vier Schneiden eingesetzt. „Zusammen mit dem Vorteil, dass wir innen und außen simultan bearbeiten, kommen wir insgesamt auf nur noch ein Achtel der Zeit, die wir für konventionelles Drehen benötigen würden“, rechnet Pilz vor. Weitere Vorteile sind:

•    Durch die gegenläufigen Schnittkräfte von Innen- und Außenbearbeitung muss am Spannmittel des Werkstücks ein geringeres Drehmoment gehalten werden. 
•    Schwingungen des dünnwandigen Bauteils bei der Bearbeitung werden durch den zeitgleichen Eingriff der Schneiden innen und außen gedämpft.

Die zeitgleiche Innen- und Außenbearbeitung fand bei diesem Versuch mit einer Schnittgeschwindigkeit von 700 m/min statt. Die Bearbeitung im Sandwichverfahren mit dem Werkstück in der Mitte sorgt dafür, dass das Bauteil während der Bearbeitung stabilisiert wird, weil die Schneiden von beiden Seiten gleichzeitig im Eingriff sind und so das Teil führen. Aufwendige Spanntechnik mit Schwingungsdämpfung erübrigt sich damit, was sich bei den Kosten bemerkbar macht. Während die Industrie das Werkzeug von MAPAL bereits auf horizontalen Bearbeitungszentren zur Innenbearbeitung von Statorgehäusen einsetzt, wurde das glockenförmige Außenwerkzeug von NILES-SIMMONS neu entwickelt und der innovative Prozess zum Patent angemeldet.
 

Neben dem bereits erfolgreich umgesetzten Vertikalkonzept untersucht NILES-SIMMONS auch die Möglichkeit, vorhandene horizontale Maschinen umzurüsten. Hintergrund sind über 300 Drehräum- und Kurbelwellenfräsmaschinen der Chemnitzer, die derzeit weltweit in Kurbelwellenlinien der Automobilhersteller stehen. Sowohl der innovative Prozess als auch die Werkzeuge von MAPAL können auch bei einer horizontalen Variante des Konzepts integriert werden. Hierfür bietet MAPAL auch die Einsatzmöglichkeit von additiv gefertigten Werkzeugen, bei denen nicht nur die Gewichtseinsparung im Fokus steht, sondern zusätzlich Kühlmittelaustritte noch gezielter zur Schneide hin konstruiert werden können.

Abseits der Bearbeitung von Statorgehäusen ist der Prozess auch für weitere Werkstücke aus den verschiedensten Branchen anwendbar, wie z. B. Kühlkörper für Hybridmotoren, Rohre-Flansche-Kupplungen für die Öl- und Gasindustrie sowie Lager- und Gehäusebauteile für den allgemeinen Maschinenbau bis hin zu Werkstücken für die Kunststoffindustrie. Damit ist dieser Prozess für ein sehr breites Werkstückspektrum mit rohr- und topfähnlicher Geometrie, die Toleranzen kleiner gleich IT6 fordern und hochgenaue Form- und Lagetoleranzen aufweisen, relevant.