Produktionsprozesse nutzen natürliche Ressourcen, verbrauchen Energie, erzeugen Abfall und verschmutzen die Umwelt. Nur durch die Einführung nachhaltiger Technologien können Anwender die negativen Auswirkungen auf die Umwelt abmildern. Die maschinelle Bearbeitung ist nach wie vor die wichtigste Methode zur Herstellung von Teilen für Anlagen und Systeme. Daher kommt der Frage, wie eine Bearbeitung nachhaltig gestaltet werden kann, eine zentrale Bedeutung zu.
Ein Zerspanungswerkzeug kommt beispielsweise direkt mit dem zu bearbeitenden Werkstück in Kontakt und bringt es in die gewünschte Form. Der dafür nicht benötigte Rest des Materials wird als Metallspäne entfernt. Trotz seiner geringen Größe im Vergleich zu anderen Komponenten eines Systems kann das Schneidwerkzeug eine entscheidende Rolle bei der Umsetzung nachhaltiger Fertigungsverfahren spielen. Da die Zerspanung zudem ein energieintensiver Prozess ist, können entsprechend konzipierte Werkzeuge helfen, den Energieverbrauch zu senken.
Innovative Geometrien für geringe Schnittkräfte
Innovative Schneidengeometrien minimieren beispielsweise die Schnittkräfte, vibrationsdämpfende Mechanismen verhindern störende Schwingungen und erhöhen die Lebenszeit eines Werkzeugs. Neue Beschichtungen verbessern die Schmierfähigkeit und verringern die Reibung. Effiziente Kühlmethoden sorgen für eine geringere Wärmeentwicklung.
In vielen Fällen kann ein Zerspanungswerkzeug die Produktivitätssteigerung beeinträchtigen und die volle Nutzung der Maschinenleistung einschränken. Deshalb benötigt die Industrie Werkzeuge, die die Zerspanungszeit verkürzen und den Energieverbrauch der Maschinen optimieren. Zerspanungswerkzeuge müssen zuverlässig arbeiten, lange Standzeiten bieten und kurze Rüstzeiten ermöglichen. Das verkürzt Maschinenstillstände und verbessert die Fertigungseffizienz.
Durch den Einsatz von Werkzeugen, die bessere Oberflächengüten erzeugen, können Nachbearbeitungen entfallen – mit doppeltem Effekt: Die Bearbeitungszeit ist kürzer, und es entsteht weniger Materialabfall. Dabei sind nachhaltige Zerspanungswerkzeuge kein kurzlebiger Trend, sondern ein grundlegendes Prinzip, das schrittweise für eine effiziente Fertigung umgesetzt wird. „Die Frage der Nachhaltigkeit von Werkzeugen hat mittlerweile größte Relevanz erlangt“, erklärt Erich Timons, CTO von ISCAR Germany. „Das Verständnis dafür, wie sich die Werkzeuge auf die nachhaltige Bearbeitung auswirken, bestimmt die Anforderungen an moderne Zerspanungsmittel und gibt die Stoßrichtung für deren Entwicklung vor.“
Mehr Effizienz durch Austausch
ISCAR hat eine ganze Reihe von Lösungen entwickelt, die die Zerspanung nachhaltiger machen. Werkzeuge mit auswechselbaren Schneiden nutzen beispielsweise Ressourcen effizienter, weil nur der relativ kleine Schneidkörper getauscht wird statt des gesamten Werkzeugs. Ein Beispiel hierfür sind ISCARs Werkzeugsysteme mit Wechselköpfen wie MULTI-MASTER und SUMOCHAM. Diese zeichnen sich durch eine hohe Wiederholgenauigkeit aus: Der Werker tauscht nur den verschlissenen Kopf, während der Werkzeugträger in der Maschine verbleibt. Damit entfällt ein erneutes Einmessen und die Rüstzeit verringert sich deutlich.
Eine Weiterentwicklung sind die LOGIQ3CHAM-Bohrwerkzeuge mit austauschbaren Köpfen. Die ISCAR-Lösung verfügt über drei Schneiden. Damit erreicht der Anwender im Vergleich zu zweischneidigen Werkzeugen um bis zu 50 % höhere Geschwindigkeiten und Vorschube – dadurch sinkt der Energieverbrauch. Deutlich wird dies an Bohrungen mit einem Durchmesser von 16 und einer Tiefe von 80 mm an einem Bauteil aus niedrig legiertem Stahl. Bei einer Standzeit von 500 Bohrungen verkürzt der Einsatz von LOGIQ3CHAM im Vergleich zu einer zweischneidigen Wettbewerbslösung die Zykluszeit um 26 % und der Energieverbrauch sinkt um 19 %.
Eine wesentliche Rolle bei der Reduzierung des Energieverbrauchs, der Verlängerung der Lebensdauer und der Verbesserung der Oberflächengüte spielt die vibrationsdämpfende Auslegung von Zerspanungswerkzeugen. Dafür hat ISCAR verschiedene Lösungen entwickelt, beispielsweise die Schwingungsdämpfung in Bohrstangen und vibrationsfreie Schneidengeometrien, variable Spiralwinkel, ungleiche Zahnteilungen in mehrschneidigen Vollhartmetallfräsern und -köpfen sowie eine segmentierte Schneidkante für eine effektive Spanabfuhr.
Rohstoffeinsparungen und Additive Fertigung
Mit ISCARs Reduzieradapter für ISO-Wendeschneidplatten (WSP) kann der Anwender kleinere WSP montieren. Werkzeugkörper sind dadurch länger im Einsatz, Rohstoffe werden eingespart. Neue Nachhaltigkeitsaspekte ergeben sich durch den zunehmenden Einsatz der Additiven Fertigung (AM). Mit dieser Technologie lassen sich Werkzeugkörper herstellen, die der endgültigen Form bereits sehr nahekommen. Das minimiert Feinarbeiten und senkt den Materialverbrauch. Darüber hinaus erleichtert AM die optimale Gestaltung der inneren Kühlkanäle, was den Kühlmittelfluss durch den Werkzeugkörper verbessert.
Energie- und materialeffiziente, langlebige Zerspanungswerkzeuge haben einen erheblichen Einfluss auf die technologische Nachhaltigkeit. „Solche Werkzeuge helfen, Energieverbrauch und Abfall zu reduzieren, sparen Kosten und tragen zum Umweltschutz bei“, fasst Erich Timons zusammen.
