Vor allem der Leichtbau bewegt aktuell die Werkzeughersteller. Beim Blick auf die Automobilindustrie wird Lothar Horn, Geschäftsführer der Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH aus Tübingen, die ganze Vielfalt an Werkstoffen erst richtig bewusst, die sich durch den Leichtbau ergeben. „Mit der Zunahme an Materialen wie CFK oder Aluminium ändern sich die Anforderungen ans Werkzeug“, sagt Horn. „Wir setzen daher beispielsweise zunehmend auf CVD-Diamant-Schneidwerkzeuge, die für Prozesssicherheit sorgen.“ Neben dem Trend zu teureren, schnittigen und standfesteren Werkzeugen ist nach Aussage von Horn auch die Trockenbearbeitung immer mehr im Kommen. In diesem Zusammenhang ist die Minimalmengenschmierung zunehmend als Kompromiss zwischen üppiger Versorgung mit Kühlschmiermitteln und reinrassiger Trockenbearbeitung gefragt.
Kryogene Kühlung: Interessant, aufwändig und kostenintensiv
Um den Zerspanungsprozess zu stabilisieren, hat sich mittlerweile die innere Kühlschmierstoffzuführung bewährt. „Wir haben das ganze System weiter verfeinert, um die Kühlung noch direkter als bisher an die Schneide zu bringen“, berichtet der Geschäftsführer. Das kryogene Kühlen mit flüssigem Stickstoff oder Kohlendioxid bezeichnet er dagegen als eine interessante, aber aufwändige und kostenintensive Lösung, mit der sich die Tübinger auch schon intensiv auseinander gesetzt haben. „Ich sehe es als ‚nice to have‛ an – quasi als eventuelle Lösung für Teilbereiche“, kommentiert Horn.
Auffallend häufig fiel in der Vergangenheit neben dem Begriff Prozesssicherheit die Standzeit. Um die Produktivität auch beim Zerspanen anspruchsvoller Werkstoffe wie hochfeste Stähle zu erhöhen, setzen die Werkzeughersteller bei den Beschichtungen auf deutlich warmfestere Sorten. „Der Aluminiumanteil in den Schichten hat sich erhöht und so die Wärmeleitfähigkeit komplett verändert“, erklärt Horn.
Doch wie spiegeln sich diese Entwicklungen in den Produkten, die Horn auf der METAV 2016 präsentiert, wieder und warum ist das Unternehmen so kurz nach der EMO Milano in Düsseldorf mit von der Partie? Horn: „Die METAV ist eine Traditionsmesse für uns. Sie bietet eine hervorragende Plattform, um unsere Bestandskunden und potenziellen Kunden in Norddeutschland und den angrenzenden Ländern zu erreichen. Wir präsentieren auf der Messe unsere innengekühlten Stechsysteme in unterschiedlichen Varianten. Auch bei unseren Fräsern spielt die Kühlung eine wichtige Rolle, gerade wenn es um das Thema Standzeit geht. Mit im Gepäck haben wir natürlich auch unsere CVD-Werkzeuge. Zu den Themen Zirkularfräsen, Schneideisen, Hochvorschubfräsen und Verzahnen zeigen wir ebenfalls Neues. Ich freue mich auf die METAV in Düsseldorf und bin überzeugt, dass meine Erwartungen an die Veranstaltung erfüllt werden.“
Leichtbau ist auch für die Mapal Dr. Kress KG aus Aalen ein wichtiges Thema: Das Produktportfolio des Unternehmens weist daher Werkzeuge zum Bohren, Fräsen und Reiben verschiedenster Leichtbaumaterialien auf. Dr. Jochen Kress, Mitglied der Geschäftsleitung: „Wir haben speziell für den Bereich der faserverstärkten Kunststoffe wie CFK und GFK, für Schichtverbunde, für Aluminium, verschiedene Kunststoffe und schwer zerspanbare Werkstoffe wie Inconel und Titan Werkzeuglösungen entwickelt, die den jeweiligen spezifischen Anforderungen gerecht werden. Mit individuellen Werkzeug-Konzepten optimieren wir in enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden die jeweiligen Bearbeitungsaufgaben. Je nach Anwendung verfügen unsere Werkzeuge über spezielle Geometrien und leistungsfähige Beschichtungen.“
Anpassung an die Werkzeugmaschine
Bei der Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen, die vielfach in der Luftfahrtbranche eingesetzt werden, ist es wichtig, nicht nur das Werkzeug an den zu zerspanenden Werkstoff anzupassen, sondern auch an das Maschinenkonzept. „Wird auf einem Bearbeitungszentrum produziert, muss das Werkzeug andere Eigenschaften aufweisen als beispielsweise bei handgeführten Maschinen, die vielfach in der Endmontage von Flugzeugen eingesetzt werden“, sagt Kress. „Hier ist es wichtig, dass sich das Werkzeug in der Bohrung selbst führt und eine fehlende stabile Werkzeugmaschine kompensiert.“
Speziell für das Fräsen von Leichtbauwerkstoffen entstand bei Kress das Fräswerkzeug OptiMill-Honeycomb. Die leichten und zugleich sehr biegefesten Honeycomb-Verbundkonstruktionen mit wabenförmigem Stützkern kommen oft zum Abstützen und Versteifen von Flugzeugkonstruktionen oder Windkraftanlagen zum Einsatz. Die Schwierigkeit beim Zerspanen ist jedoch der lose Verbund. Kress: „Der achtschneidige Vollhartmetall-Schaftfräser OptiMill-Honeycomb hat extrem scharfe Schneiden, einen Spiralwinkel von 15 Grad und eine feine Verzahnung. Auch Honeycomb mit unterschiedlichsten Decklagen oder eingebrachter Kernfüllmasse zerspant der Fräser prozesssicher.“
Derartige Werkzeug- und Prozesslösungen plant Mapal Fachbesuchern auf der METAV zu präsentieren. Darüber hinaus stellen die Aalener laut Geschäftsführer Kress Lösungen für eine effiziente Werkzeuglogistik vor, „die der Digitalisierung und dem Thema Industrie 4.0 Rechnung tragen.“
Die Leistungsfähigkeit von Werkzeugen steht und fällt mit Spannzeugen, die beispielsweise bei der Römheld-Gruppe an den Unternehmensstandorten in Laubach, Hilchenbach und dem österreichischen Götzis entstehen. Geschäftsführer Hans-Joachim Molka: „Als führender Spannmittel-Hersteller bieten wir nicht nur im Einzelnen in den Bereichen Hydraulik, Elektromechanik und Pneumatik großen Kundennutzen, sondern auch in der Kombination daraus. Das ist genau die Voraussetzung, um dem Leichtbau-Trend gerecht zu werden.“ Hohe Anforderung stellen dabei die leichten Werkstücke, die aufgrund ausgefeilter steifigkeits- und gewichtsoptimierter Gestaltung immer filigraner ausfallen. Gefragt seien hier sensibel und zugleich sicher spannende Spannmittel, da zu hohe Spannkräfte das Bauteil verziehen oder verformen. Auch die Anlegekräfte von Stützelementen müssen sehr gering sein. Molka: „Zunehmend werden Werkstücke schwimmend gespannt, d.h. man spannt das Bauteil an definierten Punkten fest ein und fügt mehrere Haltepunkte hinzu, um die eingeleiteten Bearbeitungskräfte sicher aufzunehmen.“
Schwimmende Spannelemente sind gefragt
Römheld hat den Trend erkannt und vor einiger Zeit bereits eine Baureihe von so genannten „positionsflexiblen oder schwimmenden Spannelementen“ entwickelt, mit der sich dünnwandigen Werkstücke verzugsarm spannen lassen. Die Spannelemente dieser Baureihe spannen Werkstücke zunächst mit einer geringen Kraft vor und halten sie dann mit einer zusätzlichen Klemmfunktion sicher in der Lage, um so Bearbeitungskräfte aus mehreren Richtungen einzuleiten. „Ein positionsflexibles Spannelement eignet sich somit auch hervorragend für die Mehrseitenbearbeitung“, erklärt der Experte von Römheld. Für größere Bauteile kommen elektromechanische Anstellzylinder mit integrierter Vakuum-spanntechnik zum Einsatz.
Aktuelle Werkstückspann- und Positioniertechnik stellt das Unternehmen auf der METAV aus. Im Mittelpunkt stehen Komponenten für die Mehrseiten- und Komplettbearbeitung. Laut Molka spricht für die Messe, „dass insbesondere der Messestandort im Nordwesten Deutschlands dafür sorgen wird, Besucher aus den Niederlande und Belgien auf die METAV zu ziehen.“
Drei Trends beobachtet Markus Kleiner, Geschäftsführer der Heinz-Dieter Schunk GmbH & Co. Spanntechnik KG aus Mengen bei zerspanenden Betrieben: „Im Mittelpunkt stehen sinkende Losgrößen, stetig steigende Variantenvielfalt und – ‚last but not least‛ – wachsende Präzisionsanforderungen. Die spanende Fertigung steht vor der Herausforderung, dass immer häufiger in möglichst wenigen Operationen und mit minimalen Rüstzeiten ein möglichst großes Teilespektrum abgedeckt werden muss.“ Daher seien wandlungsfähige Spannmittel gefragt, die im Wechsel unterschiedliche Anwendungen ermöglichen und dabei zugleich hohe Genauigkeit und Prozessstabilität gewährleisten.
Kommunikationsplattform METAV
Den Anforderungen entspricht das Familienunternehmen mit Modulen und Lösungen zur Werkstückdirektspannung, Komplettbearbeitung, automatisierten Maschinenbeladung und Mikrozerspanung. Alles zusammen wird Schunk auf der METAV präsentieren. Für das Unternehmen Schunk ist die METAV eine der wichtigsten Kommunikationsplattformen für die Metallbearbeitung in Europa. Ein Themenschwerpunkt am Stand von Schunk wird der Schunk Vero-S Systembaukasten für die Werkstückdirektspannung sein: Mithilfe modular aufgebauter Spannsäulen lassen sich Formplatten, Freiformteile und andere Werkstücke in Sekundenschnelle direkt – ohne zusätzliche Spannmittel und damit frei von Störkonturen – auf dem Maschinentisch spannen.
Die Spannsäulen gewährleisten ein kollisionsfreies Arbeiten, eine definierte Spannsituation und eine zuverlässige Simulation der Bearbeitung. Hinzu kommt, dass Werkstückänderungen aufgrund der hohen Genauigkeit der Spannlösung innerhalb kürzester Zeit realisiert werden können. Sämtliche Schnittstellen verfügen über eine spielfreie Kegelzentrierung, die zwischen den einzelnen Bauteilen eine hohe Wechselwiederholgenauigkeit gewährleistet. Geschäftsführer Kleiner: „Bleiben trotz dieser feinen Abstufung noch Höhendifferenzen erhalten, lassen sich diese über ein stufenlos einstellbares, hydraulisch gespanntes Ausgleichselement überbrücken.“
