NEUE TECHNOLOGIEN FÜR VOLL-HARTMETALL GEWINDEBOHRER UND HSS-E/PM GEWINDEFORMER

Einsatz im Bereich Automobilindustrie

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Das Unternehmen
Die Schumacher Precision Tools GmbH – gegründet im Jahr 1918 – ist ein international tätiger Präzisionswerkzeughersteller. Entwickelt und gefertigt werden Spezial- Gewindewerkzeuge (Gewindebohrer und Gewindeformer) für den Motorenbau, für Fahrzeugkomponenten, für die Flugzeugindustrie und den allgemeinen Maschinenbau. Geschäftsführender Gesellschafter: Herr Dr.-Ing. B. Schniering.
Seit 1988 arbeitet das Unternehmen Schumacher in der Forschungskooperation mit der Technischen Hochschule Aachen (RWTH) an diesen service-orientierten Strukturen. Die Realisierung diverser Forschungsvorhaben in den Bereichen Produktionsmethoden, Management Tools und Logistiksysteme für KMU stärken hier die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens und gewährleisten eine Differenzierungsstrategie im Markt.

Die Ausgangssituation
Derzeit werden durch eine internationale Wettbewerbsverschärfung in allen großen
Automobilkonzernen Kostensenkungs- bzw. Produktivitätssteigerungsprogramme gefahren. Die Einbindung von Zulieferern in die Planungsprozesse mit dem Ziel einer Senkung der Stückkosten unter Beibehaltung des hohen Qualitätsniveaus wird in der Branche zur Regel. Entsprechend müssen sich diese häufig mittelständisch geprägten Zulieferer dieser Herausforderung stellen. Im Unternehmen Schumacher wird eine Variantenvielfalt von über 10.000 verschiedenen Werkzeugausführungen – jeweils auf das individuelle Anwendungsproblem zugeschnitten – vom Design über die Produktion bis zum Einsatz in der hier betrachteten Industrie in einem hoch entwickelten Netzwerk verwaltet. Standardisierte Prozesse erlauben den Rückgriff auf das technische Know How aus unzähligen Anwendungen in der Zerspanung und ermöglichen eine problemorientierte Serviceleistung für die Automobilindustrie. Gerade in der Ramp-up Phase, bei Neuanläufen also, können diese Charaktereigenschaften als Zulieferer wettbewerbsentscheidend sein – wenn es z.B. gilt, mit dem Schumacher 5 days Service, die Produktion und Lieferung von Spezial-Gewindewerkzeugen innerhalb von 5 Tagen zu gewährleisten.

Die Neuentwicklungen im Bereich VHM-Gewindebohrer und Former

Schumacher hat gemeinsam mit Partnern der Automobilindustrie sowie Hartmetall-Herstellern und Hartstoffbeschichtern eine Voll-Hartmetall Gewindebohrer und HSS-E/PM Former Serie für den Einsatz im Motorenbau entwickelt, die vom Einsatzspektrum den definierten Anforderungen in den Schwerpunkten Prozesssicherheit und Kostenzielen entspricht.

Die neuen Gewindewerkzeuge wurden erfolgreich bei Grund- und Durchgangslochbohrungen in folgenden Komponenten eingesetzt:

Anwendung A HSS-E/PM Gewindeformer für die Zerspanung von ADI- Kurbelwellen (Austempered Ductile Iron – ADI 800)

Den besonderen Eigenschaften – vor allem hohe Festigkeit und Bruchdehnung sowie hohe Dauerfestigkeit und Verschleißfestigkeit – der Legierung ADI 800 musste bei der Entwicklung einer geeigneten Gewindeformergeometrie für die formende Bearbeitung Rechnung getragen werden. Ferner galt es zu belegen, dass das Gewindeformen dieses Materials wirtschaftliche Vorteile gegenüber dem Gewindeschneiden und zudem Prozesssicherheit bietet. Im Projektverlauf wurden die Parameter Polygonform und –verlauf, Grundsubstrat (unterschiedlicher pulvermetallurgischer Stahlqualitäten – HSS-E/PM) sowie Oberflächenbehandlung und Beschichtungssystem für die Versuchsreihe variiert. Zusätzlich wurden unterschiedlichste Transportwege für das Kühlmedium getestet.

Es entstand eine Gewindeformerserie mit entsprechend abgestimmter Anschnittgeometrie, einer angepassten TiN-PVD-Schicht und einer gezielt wirksamen inneren Kühlmittelzufuhr mit seitlichen Ölnutenaustritten.

Die Entwicklungsumgebung Kurbelwelle
Material/Bearbeitungsart: Austempered Ductile Iron – ADI 800
Sacklochgewinde: 2,5xD
Maschine: BAZ Kondia HM2010
Kühlmittelzufuhr: 20 bar Spindelzuführung
Kühlmedium: 8,5 %-ige Emulsion

Die Werkzeuge
Substrat: HSS-E/PM
Bauform: DIN 374
Schichtsystem: TiN
Abmessung: Ø 18-24 mm
Gewindeart: Metrisch Fein
Anschnitt: 5 Gänge
Geometrie: 6 Polygone
Nuten: 6 Ölnuten
Kühlsystem: Axiale Kühlmittelzuführ, radialer Austritt im Anschnittbereich

Das Ergebnis

– Prozesssichere Herstellung geformter Innengewinde in ADI 800
– Standzeit zu Gewindeschneiden Faktor 3

Anwendung B

VHM-Gewindebohrer für den Automobil-Motorenbau Aufbauend auf die Schumacher-Technologiedatenbank gelang es, in einem gemeinsamen Projekt mit Motorenbauern durch den Einsatz neu entwickelter VHM-Gewindebohrer die Schnittgeschwindigkeiten erheblich zu steigern, die Standzeiten nennenswert zu erhöhen und die Gewindequalität zu verbessern. In enger Zusammenarbeit mit dem Substrathersteller erfolgte die gezielte Anpassung der Werkzeuge an die fertigungstechnische Vielfalt der Motorenbauer. Die neuen VHM-Gewindebohrer werden heute unter unterschiedlichsten Spannsituationen und sowohl auf Bearbeitungszentren als auch auf Transferstraßen mit Mehrspindeleinsatz gefahren. Somit hat die VHM-Technologie konventionelle Schnellstahl (HSS-E)-Gewindebohrer erfolgreich ersetzen können.

Die Entwicklungsumgebung Zylinderkopf, Motorblock, Kurbelwellengehäuse

Materialien/Bearbeitungsart: GG26, GGG60, C70, AlSi9Cu3
Sack- und Durchgangsgewinde: <=2,5 x D
Maschine Bearbeitungszentren und Transferstraßen
Kühlmittelzufuhr: 40 bar Spindelzuführung
Kühlmedium: 9 %-ige Emulsion

Die Werkzeuge
Substrat: Feinstkorn Hartmetall
Bauform: DIN 371 / DIN 376 / DIN 374
Schichtsystem: blank alt. TiN
Abmessung: Ø 6-18 mm
Gewindeart: Metrisch, Metrisch Fein
Anschnitt: Form C, Form B, Form E
Nuten: Gerade und 15°/25° Rechtsspirale für Grundlöcher
Kühlsystem: Axiale Kühlmittelzuführ

Das Ergebnis

– Schnittgeschwindigkeit Vc 50-80 m/min
– Standzeitverbesserung zu HSS/E Fakt. 3,5 – 4

Zusammenfassung

Die Weiterentwicklung der Werkzeuggeometrien, der Substrate, der Werkzeug- und Werkstückspannung sowie eine verbesserte Maschinenkinematik bei den in der Industrie eingesetzten Produktionseinrichtungen werden dem Vollhartmetall-Gewindewerkzeug zwangsläufig weitere Einsatzgebiete erschließen. Geht man in diesem Kontext von steigenden Anforderungen der Industrie hinsichtlich Kosten, Zeit (Standzeit-Werkzeugfertigungszeit), Prozesssicherheit und innovativer Technologie aus, so konnte durch dieses Projekt gezeigt werden, dass kritische Anwendungen in der Zerspanung durch analytische Umsetzung und Einhaltung der Entwicklungsstrategie verbessert werden können. Als Grundvoraussetzung für die Realisierung eines solchen Projektes muss vor allem das innovative Datenmanagement der Produktdatenbank gewertet werden. Der in der Entwicklungsphase erfolgte Rückgriff auf das gesamte Parameterspektrum dieser Datenbank führte in Verbindung mit dem vorhandenen Expertenwissen des Entwickler-Teams zu einer erheblichen Reduzierung der Entwicklungszeit. Die permanente datenbankorientierte Auswertung der Versuchsergebnisse führte schließlich in einem beschleunigten iterativen Prozess zur Zielerreichung.
Die ganzheitliche Betrachtung und die offene Kommunikation mit allen Beteiligten (Anwender, Werkzeugproduzent, Substrathersteller und Hartstoffbeschichter) führen zu neuen Problemlösungen und somit neu zu erschließenden Anwendungsgebieten und Absatzmärkten.

Kontakt:
SCHUMACHER PRECISION TOOLS GMBH
KUEPPELSTEINER STRAßE 18-20
D-42857 REMSCHEID
GERMANY
info@schumachertool.de
www.schumachertool.de