Langspanende Aluminiumwerkstoffe fräsen statt bohren 

Einen Fräser anstelle eines Bohrers zu benutzen, um in ein Werkstück Bohrungen einzubringen, ist ein gewöhnungsbedürftiger Vorschlag, der bei vielen Fertigern erst mal für Stirnrunzeln sorgt. Vor allem im Bereich der E-Mobilität finden sich aber Bauteile, bei denen der Technologiewechsel sinnvoll ist. Mapal zeigt, dass damit nicht nur höhere Prozesssicherheit, sondern sogar kürzere Bearbeitungszeiten möglich werden.

Am schnellsten gelingt eine Bohrung mit einem dafür geeigneten Bohrer. Ein Fräser mit kleinerem Durchmesser, der zirkular in das Material eintritt, legt während der Bearbeitung einen deutlich längeren Weg zurück, was eine höhere Taktzeit mit sich bringt. Bestimmte Materialien können aber Nebenzeiten verursachen, die den Zeitvorsprung des Bohrers zunichtemachen.

Im Zuge der Umstellung auf die E-Mobilität sind Schweißkonstruktionen oder Strukturbauteile zu bearbeiten, die aus langspanendem Aluminium bestehen. Batteriegehäuse beispielsweise sind oft aus Strangpressprofilen gefertigt, die entweder gar kein Silizium oder nur einen sehr geringen Anteil enthalten. Der erschwerte Spanbruch führt zu Nestern von Spänen, die sich in der Maschine oder am Werkzeug festsetzen können. Das gleiche Problem stellt sich bei der Bearbeitung von Fahrwerksteilen aus Schmiedealuminium, wo die Fertiger ebenfalls mit langen Spänen kämpfen. Setzen sie sich am Schaft des Werkzeugs ab, ist ein automatischer Werkzeugwechsel unter Umständen nicht mehr möglich. Späneknäuel sorgen immer wieder für Störungen, die sich ungünstig auf die Bearbeitungszeit auswirken. Speziell beim Vollbohren oder bei bestimmten Aufbohroperationen kann sich auch ein Grat bilden, der herausgedrückt wird und sich als Ring um das Werkzeug wickelt. „Diese Ringe sammeln sich an der Werkzeugschneide und können Werkstück und Werkzeug beschädigen“, bestätigt Leander Bolz, Vertriebsleiter PKD-Werkzeuge.

Grundsätzlich können Bohrer zwar mit Spanbrechern versehen werden, doch beeinträchtigen diese meist die Standzeit des Werkzeugs. Zudem ist bei den verwendeten Materialien nicht immer sichergestellt, dass der Spanbrecher seine Aufgabe zuverlässig erfüllt. Aluminium mit geringem Siliziumgehalt kann je nach Lagerzustand, Guss oder Charge andere Eigenschaften zeigen, was sich auch in unterschiedlicher Spanbildung zeigt. So wird in der Praxis oft die Aufmaßsituation der Vorbearbeitung geändert. Während bei einem Bohrwerkzeug mitunter Platten oder ganze Werkzeuge ausgetauscht werden müssen, lässt sich das Aufmaß mit einem Fräser über die gefahrenen Bahnen leicht reduzieren oder erhöhen.

Seine Flexibilität spielt die Frässtrategie auch aus, wenn Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern verlangt sind. Dafür kann ein einziger Fräser verwendet werden. Bei größeren Bohrungen macht er das Einwechseln eines oder sogar zweier Bohrer für die Vorbearbeitung überflüssig. Weil mit dem Fräser speziell bei der Vorbearbeitung Zeitgewinne möglich sind, die anfängliche Performancenachteile gegenüber dem Bohren aufwiegen, favorisiert Mapal dessen Einsatz bei den betreffenden Materialien. Bei bestimmten Werkstücken ist er von vornherein überlegen, etwa wenn durch das Bohren in dünnen Wandungen von Strukturbauteilen Verformungen drohen oder wenn in der Fahrwerkstechnik Bohrungen mit einer ganz bestimmten Rauheit verlangt sind.

Kombinationswerkzeuge reduzieren die Taktzeit weiter, wie Leander Bolz schildert: „Wenn vorne am Werkzeug die Fräsoperation sitzt und dahinter die Fertigbearbeitung, kann die Bohrung komplett in einem Durchgang erzeugt werden.“ Mit verschiedenen zur Auswahl stehenden Geometrien werden die Werkzeuge an die jeweilige Bearbeitung angepasst. Mapal bietet für die Aluminiumbearbeitung SPM-Fräser (Structural Part Machining) mit PKD-Schneiden an. Diese sehr stabil ausgelegten Hochvolumenfräser wurden ursprünglich für die Luftfahrt entwickelt, um Material aus dem Vollen zu zerspanen.

Den Prozess „Fräsen statt Bohren“ hat Mapal bei mehreren Kunden erfolgreich getestet und aufgrund der positiven Ergebnisse die Bearbeitungen umgestellt. „Hier müssen wir alte Denkmuster aufbrechen und Neues wagen“, so Bolz, der Überzeugungsarbeit leistet.

ak