Laut McKinsey haben die COVID-19-Krise, die wirtschaftlichen Auswirkungen der Pandemie und der anhaltende Konflikt in der Ukraine die Anfälligkeit der heutigen globalen Lieferketten offengelegt. Um in dieser Zeit der Ungewissheit anpassungsfähiger zu werden und überleben zu können, diversifizieren Unternehmen. So hat beispielsweise ein Kunde von Sandvik Coromant in den USA sein Geschäft vom allgemeinen Maschinenbau auf andere Sektoren wie Luft- und Raumfahrt und Medizintechnik ausgedehnt – mit der Folge, dass kein einzelner Kunde oder Industriezweig mehr als 25 Prozent seines Gesamtgeschäfts ausmacht.
In solchen Fällen erfordert die Diversifizierung die Fertigung neuer und bisher unbekannter Komponenten mit engen Toleranzen. Doch damit nicht genug: In einem weiteren Bericht von McKinsey heißt es: „Es reicht nicht mehr aus, Produkte zur richtigen Zeit, in der richtigen Qualität und zu den niedrigsten Kosten zu liefern.“ Und weiter: „Unternehmen brauchen jetzt Netzwerke mit der Fähigkeit, Schocks zu verkraften, und der Agilität, auf anspruchsvolle Kunden und sich schnell verändernde Märkte zu reagieren.“ Und sie müssen all dies mit „ökologischer und sozialer Nachhaltigkeit“ erreichen.
Diversifizierung bedeutet jedoch auch, dass eine größere Bandbreite an schwer zu zerspanenden Materialien wie Aluminium, Titan und Inconel bearbeitet werden muss. Wie können Fertigungsunternehmen diese Herausforderungen meistern und gleichzeitig die im Bericht von McKinsey genannten Ziele erreichen? Die Antwort liegt in besseren Werkzeugen und Maschinen.
Vibrationen eliminieren
In einer Analyse von Systemparametern für die Bearbeitung von zähen Werkstoffen im International Journal of Advanced Manufacturing Technology heißt es: „Beim Fräsen von Titan treten aufgrund selbsterregter Schwingungen (d. h. Rattern) zwischen Werkstück und Schneidwerkzeug häufiger Vibrationen auf“, was auch für andere schwer zu bearbeitende Werkstoffe wie Aluminium und Inconel gilt.
Vibrationen während des Bearbeitungsprozesses haben mehrere negative Folgen – unter anderem eine schlechtere Oberflächengüte, zusätzlichen Verschleiß an den Schneidkanten und unvorhersehbare Verschleißmuster des Schneidwerkzeugs. Darüber hinaus wirken sich Vibrationen negativ auf die allgemeine Bearbeitungssicherheit aus und können zu einem höheren Energieverbrauch, höheren Kosten und einer geringeren Bauteilqualität führen.
Natürlich verschärfen sich diese Probleme in Unternehmen, die im Rahmen einer Diversifizierungsstrategie verschiedene Werkstoffe bearbeiten. Das Forschungs- und Entwicklungsteam von Sandvik Coromant stand folglich vor einer echten Herausforderung: nämlich ein komplettes Sortiment an Vollhartmetallfräsern zu realisieren, das Vibrationen eliminiert und gleichzeitig überaus vielseitig hinsichtlich Anwendung und Werkstoff ist. Die Werkzeuge sollten einfach in der Anwendung sein und gleichzeitig Wettbewerbslösungen in Bezug auf Produktivität und Standzeit übertreffen.
Als Ergebnis dieser Challenge entwickelte Sandvik Coromant die Vollhartmetallfräser der CoroMill Dura Serie. Das Sortiment umfasst Werkzeuge mit unterschiedlichen Längen und Durchmessern sowie Ausführungen mit zwei, drei, vier, fünf und sieben Schneiden. Des Weiteren verfügen diese über eine neue Technologie von Sandvik Coromant namens WhisperKut. Sie wurde entwickelt, um Oberschwingungen signifikant zu reduzieren und gleichzeitig Rattern und Vibrationen zu minimieren.
Die WhisperKut Technologie zeichnet sich durch ihr ungleiches Helix-Design aus, denn es ist seit langem bekannt, dass ein optimierter Schneidenabstand zusammen mit anderen Aspekten der Werkzeugkonstruktion Vibrationen und Rattern bei der Bearbeitung erheblich reduzieren kann.
Bei der WhisperKut Technologie ist jede Schneide mit einem anderen Drallwinkel versehen, was eine gute Stabilität und eine effektive Beseitigung schädlicher Oberschwingungen ermöglicht. Weil jede Schneide unterschiedlich weit von den anderen entfernt ist, werden die konstanten Oberschwingungen, die typischerweise bei herkömmlichen Schaftfräsern entstehen, reduziert.
Die CoroMill Dura Vollhartmetallfräser mit WhisperKut Technologie sind als Lösung für alle Anwendungsfälle konzipiert. Die Schaftfräser können in sämtlichen Prozessen eingesetzt werden, die zur Herstellung eines Bauteils erforderlich sind – einschließlich Schruppen, Schlichten, Vorschlichten und Eintauchen.
Vielseitige Leistung
Die Leistungsfähigkeit des CoroMill Dura wurde beim Seitenfräsen im Vergleich zu einem Vollhartmetallfräser eines Wettbewerbers getestet. Bearbeitet wurde sowohl ein ISO P Werkstück aus Chrom-Molybdän-Stahl (DIN 42CrMo4) als auch ein ISO M Werkstück aus rostfreiem Stahl (AISI 304).
Das Werkstück aus Chrom-Molybdän-Stahl hatte eine Zugfestigkeit (UTS) von 95 kg/mm² und eine Rockwell-Härte von 39 HRC. Der Werkzeugdurchmesser (D) betrug 12,7 mm, der sogenannte Stickout, also der Abstand zwischen Werkzeugspitze und dem Punkt, an dem sich Werkzeugschaft und Werkzeughalter treffen, 33 bis 40 mm.
Die Leistung jedes Werkzeugs wurde anhand des Volumens des vom Werkstück abgetragenen Materials (cm³) bewertet. Für ein maximales Zeitspanungsvolumen (MRR) wurden die Werkzeuge mit einer Schnittgeschwindigkeit (vc) von 150/60 m/min, einem Vorschub pro Zahn (fz) von 0,04 bis 0,1 mm, einer axialen Schnitttiefe (ap) von 1xD und einer radialen Schnitttiefe (ae) von 0,5xD betrieben. Die Werkzeuge liefen maximal 60 Minuten und unter Einsatz von Kühlmittel.
Das Werkstück aus rostfreiem Stahl wurde mit einer Schnittgeschwindigkeit (vc) von 80/40 m/min, einem Vorschub pro Zahn (fz) von 0,05 mm, einer axialen Schnitttiefe (ap) von 1xD und einer radialen Schnitttiefe (ae) von 0,5xD zerspant. Auch hierbei wurden die Werkzeuge maximal 60 Minuten lang betrieben und mit Kühlmittel eingesetzt.
CoroMill Dura zeigte beim Seitenfräsen des Chrom-Molybdän-Stahl-Werkstücks eine um mehr als 25 Prozent höhere Leistung. Beim Seitenfräsen des Bauteils aus rostfreiem Stahl war die Leistungsfähigkeit um mehr als 20 Prozent verbessert. Sandvik Coromant testete den CoroMill Dura auch im Vergleich zu einem Werkzeug der vorherigen Generation aus dem eigenen Sortiment und stellte fest, dass die neue Werkzeuglösung in den Punkten Wettbewerbsfähigkeit, Preis und Leistung insgesamt besser abschnitt.
Die Tests haben gezeigt, dass CoroMill Dura ein Hochleistungswerkzeug für vielseitige Anwendungen ist. Es eignet sich für Fertigungsunternehmen, die in neue Industriesegmente vordringen oder sich verstärkt auf die Kleinserienfertigung konzentrieren wollen.
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