Dieser Fräser optimiert dreifach

Spezialisiert hat sich die Stickel GmbH auf Blechteile in geringen Stückzahlen aus Stahl, Aluminium und nichtrostenden Blechen für den Prototypen- und Versuchsbau. Deshalb setzt man im internen Werkzeugbau bei Stickel in Löchgau, den Anforderungen entsprechend, auf Werkzeuge aus Stahl-, Grauguss- und Zamak. Speziell beim Schlichten von Freiformflächen gestalteten sich in der Vergangenheit bei St 52 und Grauguss die Fräsergebnisse allerdings nicht befriedigend. Einerseits waren es die geringen Standzeiten der bis dahin eingesetzten Fräswerkzeuge. Andererseits ließen sich Vorschubgeschwindigkeiten größer 1.500 mm/min kaum realisieren. Bei mittelgroßen Werkstücken mit sehr langen Laufzeiten, waren das so bislang Schnittdaten und auch Ergebnisse bei den Oberflächen, die nicht zufriedenstellen konnten. Deshalb wurden seit Jahren kontinuierlich Tests mit unterschiedlichen Werkzeugherstellern durchgeführt. Tests, die allerdings nicht zu den erwünschten Ergebnissen führten. Nun gilt unlegierter Baustahl für gewöhnlich zwar als gut zerspanbar.

Das Problem, so Sven Clement, Verkauf und technische Beratung bei OSG Deutschland, ist aber allgemein bekannt: „Das Toleranzband beim St 52 ist sehr breit. Das heißt, der Werkstoff ist sehr unrein und deshalb haben sehr viele Anwender, die dieses Material zerspanen mit der Problematik zu kämpfen. Es ist kein homogenes Gefüge, das man zwar trocken fräsen kann, gute Oberflächen sind aber kaum möglich. Mit Kühlschmiermittel kommt aber nicht jedes Fräswerkzeug klar. Deshalb habe ich hier im Vorfeld zahlreiche Versuche gestartet und bin zu dem Ergebnis gekommen, dass nur ein relativ scharf schneidendes Werkzeug mit einer entsprechenden Geometrie, wie zum Beispiel unser Kugelfräser PFB zum Erfolg führt.“ Ein Fräswerkzeug, das OSG seit Jahren im Programm hat und in Löchgau in allen relevanten Belangen überzeugt. Das sind zunächst die Oberflächen.

Waren die Ergebnisse mit den bisherigen Werkzeugen zwar akzeptabel, musste aber dennoch hin und wieder entweder zweimal über die Fläche gefräst oder zeitintensiv nachgearbeitet werden. Durch den Wechsel auf den Wendeplattenfräser PFB mit einer 16-mm-Kugel scheint das der Vergangenheit anzugehören. Für Thomas Birkenmaier, verantwortlich für die Fräserei, hat dieser Erfolg allerdings mehrere Gründe: „Wir haben mit dem Fräswerkzeug Drehzahlen, Vorschübe etc. getestet. Das Ergebnis sind Oberflächen, die ich so nicht erwartet habe. Denn bislang waren solche Oberflächen bei dem St 52 nicht möglich. Wir mussten sehr zeitintensiv nacharbeiten bzw. bei Werkzeugen für die Außenhaut polieren. Mit dem PFB können wir jetzt bei manchen Werkzeugen komplett auf das Polieren verzichten. In der Gesamtheit sind es sicher bis zu 50%, die wir an Nacharbeit damit einsparen. Meines Erachtens ist es aber nicht allein das Werkzeug, für solche Tests braucht man einen Fachmann, der in der Thematik fit ist und die Möglichkeiten des Werkzeugs entsprechend abrufen kann.“

Die Verbesserung der Oberflächengüten war beim Unternehmen Stickel allerdings nicht das primäre Ziel. Vielmehr verursachten die geringen Standzeiten und Vorschubgeschwindigkeiten der Fräswerkzeuge Probleme. Nun sucht man beim Unternehmen Stickel nicht unbedingt nach der Sekunde oder Minute aber bei beispielsweise mittelgroßen Bauteilen stehen schnell mal 30 bis 40 Stunden reine Fräszeit an. Deshalb rücken sowohl die Prozesssicherheit für die mannlosen Schichten über das Wochenende sowie eine wirtschaftliche Fertigung in den Vordergrund. Die ersten Tests mit dem PFB machten dann aber schnell deutlich, dass da mehr geht. Getestet wurde an einem 4-fach-Türenwerkzeug aus Grauguss. Nach 55 Stunden reiner Fräszeit konnte an der Spitze des PFB ein Verschleiß von nur 0,015 mm festgestellt werden. Ein Verschleiß, der in der Vorserie oder im Prototypenbau in Freiformflächen also vollkommen in Ordnung ist. Seit Dezember 2018 ist der PFB deshalb nun auch im Einsatz und die Standzeit hat sich gegenüber den bisher eingesetzten Werkzeugen nicht nur verdoppelt, die Fräser stehen noch immer unter Span.

Ähnliches gilt für die Vorschubgeschwindigkeiten. Waren die Grenzen vorher bei 1.500 mm/min erreicht, fährt man mit dem OSG-Werkzeug mittlerweile 4.000 mm/min. Im Bereich St 52 sowie Grauguss ist man so deutlich schneller. Für Matthias Stickel, Geschäftsführer, sind das Zeiteinsparungen, die man so nicht erwartet hat: „Zunächst lässt sich festhalten, dass unsere Mitarbeiter alle ergebnisorientiert agieren. Das heißt, bei uns entscheiden die jeweiligen Teams, über die Praxistauglichkeit. Bei diesem Fräswerkzeug waren es deshalb unter anderen auch die Programmierer, Maschinenbediener etc. Abgesehen davon, neben den mittelgroßen Bauteilen, fertigen wir auch große Werkzeuge wie zum Beispiel für Rückwände von Lkw-Kabinen. Wenn man da um den Faktor drei bis vier schneller fräsen kann, ist das ein enormer Unterschied. Wenn dann das Fräswerkzeug auch noch die doppelte Standzeit bringt, rechnet sich der geringfügig finanzielle Mehraufwand natürlich sehr schnell.“

Das mittelständische Familienunternehmen fertigt mit 95 Mitarbeitern anspruchsvolle Blech-Umformteile und Baugruppen im Feinblechbereich aus Stahl, Aluminium und nichtrostenden Blechen für den Prototypen- und Versuchsbau sowie für Vor- und Kleinserien. Die Kernkompetenz liegt dabei in der Herstellung von kleinen und mittelgroßen Strukturbauteilen bis 1.200 mm Länge in den Bereichen Karosserie, Motoren- und Fahrwerksbereich sowie nicht mehr lieferbare Ersatzteile für ausgelaufene Serien- und Baugruppen. Damit deckt das Unternehmen den kompletten Herstellungsprozess von der Werkzeugkonstruktion, über den Werkzeugbau bis hin zur Abpressung der Blechteile ab. Prototypen-Werkzeuge kann Stickel aus niedrig schmelzenden Metalllegierungen selbst gießen, denn man verfügt über Schmelzöfen (z.B. für Zamak) mit bis zu 10 t Fassungsvermögen. „Wir müssen unheimlich schnell sein, der Wettbewerb ist groß. Deshalb versuchen wir mit möglichst einfachen Mitteln zum Ergebnis zu kommen. Bei mittelgroßen Stückzahlen, weichem Blech reicht der St 52. Der Stahl ist günstig, schnell beziehbar aber leider problematisch in der Zerspanung“, erklärt Matthias Stickel den Spagat zwischen Lieferzeit und Machbarkeit.