Die Dreh-Fräsbearbeitung deutlich optimiert

Bei der schwierigen Bearbeitung einer Extruderschnecke aus Inconel 625 haben die Experten der INGERSOLL Werkzeuge GmbH gemeinsam mit den Fertigungsfachleuten der Firma Kinkele zusammen eine passende Lösung ausgearbeitet.

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Die Bearbeitung des Schneckenprofiles beginnt gegenüber der eingespannten Seite, hier behält der Schneckenkern den größten Durchmesser und die Extruderschnecke die höhere Stabilität.

Die Bezeichnung „Auftragsfertiger“ oder „Lohnfertiger“ wird dem Betätigungsfeld der Firma Kinkele GmbH & Co.KG in Ochsenfurt nicht ausreichend gerecht.

Die Firma Kinkele ist sicher einer der führenden Auftragsfertiger des allgemeinen Maschinenbaus und in ihren Fertigungsmöglichkeiten einzigartig. Das Portfolio und auch die Referenzliste der ausgeführten Projekte sind außergewöhnlich breit gefächert.

Die weltweit größte Uhr im Royal Clock Tower in Mekka oder das 14 Meter hohe Modell der Trägerrakete Ariane 5 sind zwei sehr spektakuläre Beispiele abgewickelter Aufträge.

Das häufig angeführte Argument, dass ein Zulieferer oder Auftragsfertiger kein eigenes Produkt besitzt und daher in Rezessionsphasen besonders schnell in Bedrängnis gerät, lässt man bei der Firma Kinkele nicht gelten. Bei einem Kundenstamm, der in fast 40 Branchen zuhause ist, ist das Risiko einer Rezession in einem Industriebereich weit gestreut

Insgesamt sind die knapp 1000 abgewickelten Aufträge pro Jahr nicht ganz so außergewöhnlich wie die aufgeführten Beispiele, aber keineswegs weniger anspruchsvoll oder herausfordernd.

Aufträge aus fast 40 unterschiedlichen Branchen erfordern ein breites Fertigungs-Know-how. Die meisten Kunden aber sind in folgenden Industriezweigen tätig:

  • Allgemeiner Maschinenbau
  • Luft- und Raumfahrttechnik
  • Vakuumtechnik
  • Nukleartechnik
  • Offshore und Marine-Systeme
  • Kran- und Seilbahnen
  • Wehrtechnik
  • Großforschungseinrichtungen
Hermann Schimmer (INGERSOLL Key-Account Manager), Herr Ernst Bayer (Kinkele Leiter Autragsleitstand), Hermann Stegmaier (Kinkele Zerspanungs-Technologe) und Bernhard Müller (INGERSOLL Anwendungstechniker) besprechen die erfolgreiche Bearbeitung der Extruderschnecke.

Hierbei versteht sich die Familie Kinkele nicht nur als klassischer Auftragsfertiger, vielmehr als Projektpartner und Dienstleister. Zu den Qualifikationen in klassischen Produktionsfeldern wie Schweißen, Zerspanen, Lackieren, Montieren und die Qualitätssicherung kommt eine ausgeprägte Kompetenz im Projektmanagement. Mehr als 40 Ingenieure und Techniker sind für die Arbeitsplanung, Konstruktion und Projektplanung zuständig.

Das Ochsenfurter Unternehmen wird sehr häufig von den Kunden in den Produktentwicklungsprozess eingebunden und dann auch mit dem kompletten Projektmanagement beauftragt. Je nach Kundenwunsch kann dies vom konstruktiven Entwurf über die Beschaffung der Zulieferteile bis zur Lieferung und Inbetriebnahme der kompletten Maschine reichen.

Die Fertigungsmöglichkeiten bei Kinkele sind beeindruckend. Maschinen und Anlagen bis zu einem Fertiggewicht von 100 Tonnen und Einzelgewichte bis 50 Tonnen können bearbeitet werden, wobei Werkstücklängen von 500 mm bis 21.500 mm und Werkstückhöhen und Breiten von 500 mm bis 5000 mm „machbar“ sind.

Noch stolzer als auf den Maschinenpark ist das Unternehmen aber auf seine Mitarbeiter. Ohne die gut ausgebildeten und hochmotivierten Mitarbeiter wären die hohen und täglich wechselnden Anforderungen der anspruchsvollen Kunden nicht zu „stemmen“.

Weil man sich bewusst ist, wie wichtig die gut ausgebildeten Mitarbeiter für den Erfolg des Unternehmens sind, investiert man bei Kinkele viel in die Ausbildung der zukünftigen Fachkräfte. Bei einer Belegschaftsstärke von 350 Mitarbeitern werden etwa 50 – 60 Auszubildende gefördert. Ein Prozentsatz der etwa dem dreifachen Wert der Ausbildungsquote im Maschinenbau entspricht.

Aber nicht nur eine Ausbildung ist bei Kinkele möglich, auch weiterführende Qualifikationen, wie z.B. ein duales Studium oder auch Praktika während des Studiums werden vom Unternehmen gefördert.

Darüber hinaus unterstützt die Firma Kinkele auch die Weiterbildung der Belegschaft und sendet zum Beispiel ihre Mitarbeiter aus der Zerspanung regelmäßig zu Zerspanungsseminaren bei INGERSOLL.

Zusammenarbeit INGERSOLL und Kinkele

Die gleichen hohen Anforderungen, die bei Kinkele an den Maschinenpark und die Mitarbeiter gestellt werden, stellt man selbstverständlich auch an die Zulieferer. Besonders die eingesetzten Zerspanungswerkzeuge müssen bei der Bearbeitung der anspruchsvollen Werkstücke tagtäglich ihre Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit unter Beweis stellen.

Das Ochsenfurter Unternehmen arbeitet seit vielen Jahren mit Zerspanungswerkzeugen der INGERSOLL Werkzeuge GmbH und wird dabei von INGERSOLL Key-Account Manager Hermann Schimmer betreut. Bei Testeinsätzen und Zerspanungversuchen wird Hermann Schimmer durch den INGERSOLL Anwendungstechniker Bernhard Müller unterstützt.

Die Bearbeitung des Schneckenprofiles beginnt gegenüber der eingespannten Seite, hier behält der Schneckenkern den größten Durchmesser und die Extruderschnecke die höhere Stabilität.

Eine immer wiederkehrende anspruchsvolle Bearbeitung bei Kinkele ist die Drehfräsbearbeitung von Extruderschnecken.

Nicht das Drehfräsen an sich als nicht alltägliche Fräsbearbeitung stellt hier die Herausforderung dar, sondern der Trend nach immer verschleißfesteren, also schlechter zu zerspanenden Materialien, bedingt immer leistungsfähigere Werkzeuge.

Die Grundkörper der Extruderschnecken wurden in der Vergangenheit vorwiegend aus Duplex-Stahl gefertigt, ein rost- und säurebeständiger Stahl, dessen Gefüge aus Ferrit und Austenit besteht. Dieser Stahl hat eine höhere Festigkeit als rostfreier Chrom-Nickel-Stahl und eine höhere Verformbarkeit als rostfreier Chromstahl.

Auch dieser Duplex-Stahl gehört zu den Werkstoffen, die höhere Anforderungen an das Zerspanungswerkzeug stellen. Die Überlegungen der Anwender dieser Extruderschnecken gingen aber dahin noch verschleißfestere Materialien zu verwenden, um die Standzeit der Schnecken weiter zu erhöhen.

Bearbeitung von Extruderschnecken aus INCONEL

Die erste Bearbeitung am Werkstück ist das Fräsen eines Einstiches.

Im Herbst des Jahres 2018 wurden die beiden INGERSOLL Zerpanungsfachleute Hermann Schimmer und Bernhard Müller von Ernst Bayer (Leiter Auftragsleitstand Kinkele) auf die Bearbeitung von Extruderschnecken aus Inconel angesprochen. Im Vorfeld waren bei Kinkele schon die ersten Zerspanungsversuche an Extruderschnecken aus diesem Werkstoff gelaufen, die aber noch zu keinem befriedigenden Ergebnis geführt hatten.

Inconel 625 zählt zu den Superlegierungen und ist für seine schlechte Zerspanbarkeit „berüchtigt“. Deshalb wird zumeist versucht, die Bauteile aus diesem Werkstoff so konturnah wie möglich herzustellen, um die nachgelagerte Zerspanung gering zu halten. Dies ist jedoch in unserem vorliegenden Anwendungsfall nicht gegeben.

Bei den hier zu bearbeitenden Extruderschnecken handelt es sich oft um Werkstücke, die in Einzelfertigung hergestellt werden, so dass die Bauteile vorwiegend aus dem vollen Rundmaterial mit hohem Aufwand herausgefräst werden.

Als erster Bearbeitungsschritt ist ein Einstich auf der Einspannseite zu fräsen. Die Bearbeitung des Schneckenprofiles beginnt gegenüber der eingespannten Seite, da hier der Schneckenkern den größten Durchmesser behält und die Extruderschnecke selbst die höhere Stabilität aufweist.

Rundplattenfräser erzielen den Durchbruch

Aufspannsituation des Rohteiles der Extruderschnecke.
Das Werkstück aus Inconel 625 wird aus Rundmaterial gefräst.

Die INGERSOLL Zerspanungsfachleute wählten als Werkzeugserie, die zum Einsatz gebracht wurde, Rundplattenwerkzeuge der Serie „BladeMasterPlus“. Diese Werkzeugserie ist speziell für die Bearbeitung schwer zu zerspanenden exotischen Materialien entwickelt worden und wird z.B. bei der Zerspanung von Turbinenschaufeln eingesetzt.

Schon die ersten Bearbeitungen mit dieser Werkzeugserie zeigten eine deutliche Verbesserung des Zerspanungsverhaltens.

Während der Optimierungsphase der Zerspanung der Extruderschnecke stellte sich heraus, das kleine Änderungen in den Schnittwerten und Wendeschneidplattengeometrien einen gravierenden Einfluss auf das Zerspanungsverhalten und das Ergebnis haben.

Das Bild zeigt eine Schneckenwindung und gibt einen Eindruck über die hohe Zerspanungsrate der Extruderschnecke aus Inconel 625.

Es wurden Inconel-typische Schnittgeschwindigkeiten zwischen 40 – 50 m/min gefahren. Die fz-Werte mussten je nach Eingriffsbreite angepasst werden, das heißt, bei Vollspur 0,4 mm bis zu 0,9 mm bei geringerem Eingriff.

Bei fortschreitender Bearbeitung und geringerem Durchmesser (ab etwa 210 mm) des Schneckenkerns hat sich die Werkzeugserie FormMasterPlus mit der Wendeschneidplatte RHHT1204MOTN als optimaler Rundplattenfräser herausgestellt. Die Wendeschneidplatte besitzt eine positive gefaste Geometrie und hat keine Flächen für die Indexierung, daher ist bei geringen Schnitttiefen eine noch höhere Anzahl von Indexierungen möglich.

In der Kombination dieser beiden Rundplattenfräser-Serien BladeMasterPlus und FormMasterPlus konnte die Extruderschnecke vibrationsfrei und mit deutlich verbesserter Standzeit bearbeitet werden.

Dieses sehr positive Resultat bei der Bearbeitung eines anspruchsvollen Bauteils aus schwer zu zerspanendem Material hat natürlich alle Beteiligten, sowohl die INGERSOLL Zerspanungsspezialisten, als auch die Produktionsverantwortlichen der Firma Kinkele, zufrieden gestellt.

INGERSOLL Rundplattenwerkzeuge „BladeMasterPlus“

Rundplattenwerkzeug 5W7H052R00 der FormMasterPlus-Serie. Bevorzugt eingesetzt bei Durchmessern unter 210 mm.

Die INGERSOLL BladeMasterPlus-Serie ist in erster Linie zur Bearbeitung von Turbinenschaufeln entwickelt worden. Aber auch für die Bearbeitung schwer zu zerspanender, exotischer Materialien empfiehlt sich dieser Werkzeugtyp.

Die Wendeschneidplatten sind nur durch die zentrale Befestigungsschraube fixiert und bieten auch ohne zusätzliche Klemmschraube einen festen Sitz. Die Rundplattenfräser der Serie „BladeMasterPlus“ werden mit Wendeschneidplatten von 10 mm und 12 mm Durchmesser angeboten.

Rundplattenwerkzeug 5B5H052R01 der BladeMasterPlus-Serie mit indexierbarer Wendeschneidplatte und Zeff. 6 Schneiden.

Die Werkzeugkörper werden im Durchmesserbereich 20 – 80 mm in enger Teilung angeboten, sind aber auch als Semi-Standard in einer weiten Teilung erhältlich.

„BladeMasterPlus“ ist als Einschraubfräser und Aufsteckfräser nach DIN 8030 verfügbar und zwar mit der Wendeschneidplatte Durchmesser 10 mm im Bereich 20 mm bis 52 mm und mit der 12 mm Wendeschneidplatte im Bereich 25 mm bis 80 mm.

Kontakt:

www.ingersoll-imc.com