Effiziente Fertigung durch produktionsgerechtes Design

„Innovationen sind nicht zwingend auch effizient“, so der britisch-amerikanische Autor und Speaker Simon Sinek. Vor diesem Hintergrund erklärt Robert Smith, Offer Manager für Bohrungen und Verbundwerkstoffe im Geschäftsbereich Vollhartmetallwerkzeuge Sandvik Coromant, wie Fertigungsunternehmen mit fortschrittlichen Vollhartmetallbohrern innovativ und zugleich effizient produzieren können. Denn um mit den rasanten Veränderungen der Märkte, Materialien und Technologien Schritt zu halten – beispielsweise bei der Fertigung von Elektrofahrzeugen, müssen sie genau das.

Das Thema Design for Manufacturability (DFM) wird immer wichtiger, vor allem in der Automobilindustrie, in der Luft- und Raumfahrt und im Maschinenbau. DFM bzw. produktionsgerechtes Design bedeutet, Produkte zu entwickeln, die einfacher, effizienter und kostengünstiger hergestellt werden können. Für die Kunden von Sandvik Coromant bedeutet das beispielsweise, dass bei Bohr- und Gewindebohranwendungen möglichst geringe Kosten pro Bohrung erreicht werden – und das wiederum erfordert Zerspanungswerkzeuge, die äußerst zuverlässig sind und eine hohe Produktivität unterstützen.

Das Konzept des DFM gewinnt vor allem aufgrund der globalisierten Lieferketten und der steigenden Nachfrage nach kundenindividuellen Produkten an Bedeutung. Auch die zunehmende Elektromobilität wird DFM weiter vorantreiben, denn Bauteile für Elektro- und Hybridfahrzeuge sind erstens wesentlich vielfältiger als vergleichbare Komponenten für Verbrennungsmotoren und zweitens werden sie zunehmend aus schwer zerspanbaren Materialien wie niedrig legierten Stählen, Inconel und Aluminium hergestellt. Produzenten, die also nicht riskieren wollen, den Anschluss zu verlieren, müssen dringend neue Lösungen finden.

Wie können moderne Werkzeuglösungen das DFM verbessern? Aktionsfelder ergeben sich in den drei „CAD-to-Component-Phasen” der Fertigung: In der „CAD-to-Spindle-Phase“ werden CAD- und CAM-Modelle einschließlich digitaler Zwillingssimulationen verwendet, um einen Bearbeitungsvorgang vorzubereiten und sicherzustellen, dass die Werkzeuge, das Bauteil und die Bearbeitungsparameter optimiert sind. Bei der eigentlichen Bauteilbearbeitung, der „Spindle-Phase“, stehen die Zerspanungsleistung des Werkzeugs am Werkstück, die Auswirkungen auf die Kosten pro Bauteil und pro Bohrung sowie das Kundenergebnis im Fokus. In der dritten Phase, der „Simple-to-Component-Phase“, geht es um die Bewertung der Bauteilqualität und der Oberflächengüte.

Ob Automobilbau, Luft- und Raumfahrt oder Maschinenbau: Die Qualität und die Oberflächengüte der Bohrungen sind von größter Bedeutung. Denn hochpräzise gefertigte Bohrungen können Bauteilversagen vermeiden – allerdings hängt das in hohem Maße von den Bearbeitungsverfahren ab, die für das Bohren und die Endbearbeitung eingesetzt werden. Für die Fertigung hochwertiger Bohrungen ist insbesondere die Konstruktion des Bohrers von entscheidender Bedeutung. So werden die Schneidengeometrien ständig weiterentwickelt, um höchste Standards bei der Bearbeitungs- und der Bauteilequalität zu gewährleisten. Um die Wärmeentwicklung im Werkzeug zu reduzieren, sollte zudem Kühlmittel eingesetzt werden. Unterstützung hinsichtlich dieser Themen können Unternehmen bei den Experten von Sandvik Coromant finden.

Sandvik Coromant kooperiert intensiv mit seinen Kunden, um alle relevanten Informationen über das jeweilige Bearbeitungsprojekt zu sammeln. So bergen beispielsweise kontinuierliche Bohrvorgänge in einem Werkstück aus rostfreiem 316L-Stahl besondere Herausforderungen, da dieses Material einen „schnellen und schwerwiegenden Verschleiß“ aufweist, der die Lebensdauer von Zerspanungswerkzeugen stark beeinträchtigt – so eine Studie des Asian Research Publishing Network (ARPN) Journal of Engineering and Applied Sciences. Sandvik Coromant kann während der CAD-to-Spindle-Phase die Prozesse des Kunden untersuchen und gegensinnig entwickeln – einschließlich der Nutzung von CAD- und CAM-Modellen. Auf diese Weise ist Sandvik Coromant in der Lage, am Vormittag einen Werkzeugprototyp zu konstruieren, der bereits am Nachmittag in der F&E-Abteilung getestet wird. Weil vor der Digitalisierung dieser Prozess bis zu sechs Wochen gedauert hat, stellt die Möglichkeit, Werkzeugprototypen noch am selben Tag liefern zu können, eine bahnbrechende Neuerung dar.

Sandvik Coromant bietet eine ganze Reihe von Werkzeuglösungen für die Fertigung von Komponenten, auch innerhalb der Elektrofahrzeug-Produktion. Dazu gehört der Vollhartmetallbohrer Corodrill 860, der für schnelles und problemloses Bohren entwickelt wurde und die Produktivität durch eine hohe Zerspanungsleistung maximiert. Das Werkzeug ist mit verschiedenen Geometrien erhältlich, darunter der Corodrill 860-MM für langspanende rostfreie Stahlwerkstoffe wie austenitische, superaustenitische, ferritische und Duplex-Stähle.

Der Corodrill 860 mit GM-Geometrie, eine High-Performance-Bohrlösung für Kurzlochbohrungen, hat sich beim Bohren von Motorblöcken, Gehäusen, Flanschen und Krümmern für die Automobilindustrie bewährt. Der Bohrer eignet sich auch für alle Anwendungen außerhalb der Automobilindustrie und des allgemeinen Maschinenbaus, bei denen es auf eine hohe Bohrungsqualität ankommt – etwa in der Luft- und Raumfahrt- sowie Öl- und Gasindustrie und im Bereich der erneuerbaren Energien.

Beeindruckende Ergebnisse hat der Corodrill 860-GM zum Beispiel bei einem koreanischen Automobilhersteller erzielt. Hier ging es darum, Durchgangsbohrungen in Getriebeanschlussstücken zu bohren – je Komponente acht Bohrungen mit einem Durchmesser von 8,2 mm und einer Tiefe von 10 mm. Mit der bestehenden Lösung konnten bei einer Schnittgeschwindigkeit von 80 m/min und einem Vorschub von 381 mm/min 200 Bauteile produziert werden, also insgesamt 1.600 Bohrungen. Im Vergleich dazu ließen sich mit dem Corodrill 860-GM 2.300 Bauteile herstellen. Die 18.400 Bohrungen wurden mit einer Schnittgeschwindigkeit von 100 m/min und einem Vorschub von 814 mm/min zerspant. Unterm Strich stand eine Standzeiterhöhung um 1.150 %. Des Weiteren profitierte der koreanische Automobilhersteller von einer Produktivitätssteigerung, die zu deutlich reduzierten Kosten pro Bauteil beitrug. Von ähnlichen Ergebnissen berichteten auch andere Automobilkunden auf der ganzen Welt.

Ebenso wichtig wie die Herstellung von gleichmäßigen Bohrungen ist das Gewindebohren. Hierfür bietet Sandvik Coromant die Werkzeuge Corotap 100, 200, 300 und 400 an, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen optimiert sind. Corotap100 ist eine Serie von gerade genuteten Gewindebohrern, die für kurzspanende ISO K-, ISO N- und ISO H-Werkstoffe optimiert sind. Der spanlose Hochgeschwindigkeits-Gewindebohrer Corotap 400 eignet sich sowohl für Durchgangs- als auch für Sackbohrungen in Stahl, rostfreiem Stahl und Aluminium. Zukünftig wird Sandvik Coromant auch die Gewindebohrer Corotap 100-N und Corotap 400-N anbieten – beide Werkzeuge sind für Gewindebohranwendungen in Aluminium konzipiert, das in der Fertigung immer wichtiger wird. Die enorme Leistungsfähigkeit der Zerspanungswerkzeuge von Sandvik Coromant zeigt, dass Werkzeuge, die für das Bohren und Gewindebohren in verschiedenen Materialien entwickelt wurden, für die Fertigung leichterer, kleinerer und vielfältigerer Komponenten entscheidend sind. Fertigungsunternehmen können diese Teile nicht nur einfacher und kosteneffizienter konstruieren, sondern auch sicherstellen, dass produktionsgerechtes Design in der gesamten Fertigung hohe Priorität genießt – und dass es damit gelingt, sowohl innovativ zu sein als auch effizient zu bearbeiten.

ak