Maximaler Vorschub und Rautiefen von Rz

Mapal zeigt, wie kleine E-Motorengehäuse aus Aluminium- und Magnesium-Druckguss für E-Bikes mit PKD-Kombinationswerkzeugen bearbeitet werden, die dort mit einem Vorschub von bis zu 7.200 mm/min einfahren und trotzdem geforderte Rautiefen von Rz<10 µm erreichen. Denn allein in Deutschland fertigten die Hersteller 2019 eine 1 Mio. Fahrräder mit elektrischem Hilfsantrieb. Herausforderung bei der Produktion sind unter anderem die Motorengehäuse. Schließlich müssen diese klein und leicht sowie gleichzeitig hochgenau sein. Resultierend daraus fertigen die meisten Hersteller von kleinen Elektromotoren ihre Motorengehäuse aus Aluminiumdruckguss, häufiger noch aus Magnesiumdruckguss. „Für die Zerspanung der Gehäuse sind die Eigenschaften des Materials sowie die dünnen Wände des Bauteils die größten Herausforderungen“, sagt Leander Bolz, Vertriebsleiter des Mapal-Kompetenzzentrums für PKD-Werkzeuge. Zudem sind die Gehäuse häufig bereits beschichtet, wenn sie zerspant werden. Diese Beschichtungen dürfen während der Bearbeitung nicht beschädigt werden. „Unsere Kunden in diesem Bereich fertigen sehr hohe Stückzahlen, entsprechend wichtig ist es, dass die Werkzeuge zur Zerspanung hochwirtschaftlich einsetzbar sind“, ergänzt Leander Bolz. Über die vergangenen Jahrzehnte hat Mapal umfassende Erfahrung bei der Zerspanung von kleinen Motorgehäusen sowohl aus Aluminium als auch aus Magnesium gesammelt. In erster Linie eignen sich PKD- und Vollhartmetallwerkzeuge bestens für die Zerspanung der beiden Werkstoffe. In einigen Fällen legen die Werkzeugexperten den Prozess als Trockenbearbeitung aus. Polierte Spanräume und besonders glatte Oberflächen an den Werkzeugen verhindern ein Verschmutzen. Sie machen den Zerspanungsprozess auch ohne Kühlschmierstoff sicher.

„Wenn wir die Werkzeuge für die Bearbeitung eines Gehäuses aus Magnesium auslegen, bewegen wir uns im ersten Schritt immer an der oberen Toleranzgrenze“, erläutert Bolz. Denn durch Spannungen im Inneren des Werkstücks, unterschiedliche Beschichtungsdicken oder die Duktilität des Materials, das sich nach der Bearbeitung durch den Wärmeeintrag zusammenzieht, entstehen Abweichungen einiger Durchmesser und Lager. „Erst nach einer Probebohrung mit anschließender Maßkontrolle am Bauteil bestimmen wir die erforderlichen Werkzeugdurchmesser, die auch für die Folgewerkzeuge gültig sind.“ Um die Zerspanung der Motorengehäuse möglichst wirtschaftlich zu gestalten und die Nebenzeiten gering zu halten, sind jeweils mehrere Arbeitsschritte in den einzelnen Werkzeugen zusammengefasst. Ein Beispiel dafür ist das Werkzeug zur Bearbeitung des Lagersitzes eines Magnesiumgehäuses. „Bei dieser Bearbeitung hatten wir mit starken Vibrationen zu kämpfen, da das Bauteil vor allem im Bereich der dritten Lagerbohrung extrem dünnwandig ist“, erinnert sich Leander Bolz. Das Werkzeug muss an den vorgegossenen Bohrungen 0,6 bis 1 mm Material abtragen.

Zudem stellt der Kunde hohe Anforderungen: Rundheit < 0,01 mm, Durchmessertoleranz IT7 und eine gemittelte Rautiefe Rz < 10 µm. Mapal legte dafür ein komplexes, mehrstufiges PKD-Kombinationswerkzeug aus. „Damit bearbeiten wir die drei Lagerbohrungen und die Positionsbohrung des Lagersitzes in einem Schuss – prozesssicher innerhalb der geforderten Toleranzen“, erklärt Leander Bolz. Das Werkzeug arbeitet mit folgenden Schnittdaten: Drehzahl 8.000 min-1, Vorschubgeschwindigkeit 3.200 bis 4.800 mm/min, Vorschub 0,1 bis 0,15 mm. Ein weiteres Werkzeug kombiniert die Fräs- und Bohrbearbeitung. Während Bohrstufen die Lagerbohrung und die Positionsbohrung bearbeiten, kommt eine Frässtufe zum Fertigen der Dichtnut zum Einsatz. „Auch bei diesem Werkzeug war es unsere Hauptaufgabe, Vibrationen zu verhindern und den Schnittdruck zu reduzieren.“

Die Werkzeugexperten erreichten dies, so Leander Bolz, indem sie Zähnezahl und Geometrie der Frässtufe optimal aufeinander abstimmten. „Dadurch vermeiden wir auch Späne in der Nut und stellen sicher, dass der Fräsprozess sicher läuft.“ Letztlich arbeitet die Frässtufe am Werkzeug mit folgenden Schnittdaten: Drehzahl 8.000 min-1, Vorschubgeschwindigkeit 7.200 mm/min und Vorschub 0,15 mm. „Wir bieten heute das Rundumpaket für die Zerspanung von kleinen Gehäusen aus Aluminium oder Magnesium. Je nach Anforderungen und Komplexität legen wir das passende Werkzeugkonzept aus“, resümiert Leander Bolz. Patricia Müller, kb