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Hartfräsen als Produktivitätsfaktor

: Fehlmann


Bei der Zerspanung von Eisenwerkstoffen über 56 HRc spricht man in der Regel von Hartbearbeitung – Materialien, die im Werkzeugbau der Miba Sinter Austria die Regel darstellen. Ende 2014 hat man dort die Bearbeitung hochpräziser Stempel mit Formtoleranzen von +/- 5 µ von Erodieren auf Hartfräsen umgestellt. Da die Leistungsfähigkeit des Hartfräsprozesses sehr stark von der eingesetzten Werkzeugmaschine bestimmt wird, hat man nichts dem Zufall überlassen und schließlich eine Fehlmann Picomax 95 angeschafft. Das Ergebnis: High-End-Fräsen von Sinterformteilen, das in Österreich seinesgleichen sucht. Autor: Ing. Robert Fraunberger / x-technik

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Da die Leistungsfähigkeit des Hartfräsprozesses sehr stark von der eingesetzten Werkzeugmaschine bestimmt wird, hat man bei Miba nichts dem Zufall überlassen und schließlich eine Fehlmann Picomax 95 angeschafft. Neben einem massiven Maschinenbett aus Grauguss überzeugten auch die kompakte Bauform und der große Arbeitsraum. (Alle Bilder x-technik)

Da die Leistungsfähigkeit des Hartfräsprozesses sehr stark von der eingesetzten...

Die Miba Sinter Austria mit Sitz in Vorchdorf ist Entwicklungspartner und Technologieführer für hochqualitative, pulvermetallurgische Anwendungen. Weltweit vertrauen führende Automobilhersteller und Zulieferer in das Know-how in Produktentwicklung und Design der Oberösterreicher. „Die Sintertechnologie ermöglicht im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren die maximale Ausnutzung des Werkstoffes bei geringstmöglichem Energieaufwand. Durch konsequenten, technologischen Fortschritt erzeugen wir anspruchsvolle Bauteile für moderne Fahrzeuge“, weiß DI (FH) Peter Grach, Leiter Werkzeugbau bei der Miba Sinter Group.

In Vorchdorf stellen knapp 650 Mitarbeiter Sinterformteile für Motoren und Getriebe, aber auch eine Vielzahl von Komponenten für den Bereich Body & Chassis in großen Stückzahlen her. Vorchdorf ist auch das Kompetenzzentrum für Forschung und Entwicklung.

Werkzeugbau als Basis

Der Werkzeugbau ist in der Miba Sinter Group auf vier Standorte (Österreich, Slowakei, USA, China) verteilt, wobei in Vorchdorf rund 60 Mitarbeiter in den Bereichen Drehen, Fräsen, Hartbearbeitung, Erodieren, Schleifen, Polieren sowie Qualitätssicherung tätig sind. Lediglich gehärtet wird extern. „Zu Beginn des Sinterprozesses werden Mischungen aus Metallpulver um das 2,5-fache verdichtet und zu komplexen Bauteilen verpresst“, erklärt uns Peter Grach und führt weiter aus: „Hier im Werkzeugbau stellen wir unter anderem die Stempel für unsere Sinter- und Kalibrierwerkzeuge her. Durch den mehrschichtigen Aufbau der Werkzeuge darf die Formtoleranz der Stempel nur minimal abweichen. Konkret bedeutet das maximal +/- 5 µ.“

Im
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Detail sind in einer Presse zwei bis vier Platten untergebracht, die sich unterschiedlich zueinander bewegen, um letztendlich die komplexen Geometrien (daraus resultierend auch unterschiedliche Füllmengen und -höhen) herstellen zu können. Eine hochpräzise mechanische Bearbeitung der Stempel im Werkzeugbau ist also die Basis für die entsprechende Qualität des Endproduktes von Miba. Neben den engen Toleranzen hat man es zudem mit pulvermetallurgischen Stählen mit einer Härte von 53 bis 65 HRc zu tun.

Bis dato hat man diese Stempel erodiert und damit auch die nötige Genauigkeit erreicht. Erodieren ist aber ein sehr zeitintensiver Prozess. Wenn man bedenkt, dass es bei Miba hunderte verschiedene Werkstücke gibt, bei denen jeweils drei Ober- und drei Unterstempel plus Werkzeugkerne gefertigt werden, wird einem schnell klar, welche bedeutende Rolle Zeit in diesem Zusammenhang spielt.

Such nach Geschwindigkeit

„Zeit war für uns der ausschlaggebende Grund, eine neue und schnellere Fertigungsmöglichkeit zu suchen“, erinnert sich Grach. So eine Technologie stellt bekanntlich das Hartfräsen dar. „Natürlich war uns von Anfang an bewusst, dass man nur mit einer hochpräzisen Fräsmaschine samt optimal abgestimmten Prozess unsere benötigten Genauigkeiten erzielen kann“, ergänzt Franz Heitzinger, Tool Shop Engineering bei der Miba Sinter Austria. Die Leistungsfähigkeit des Hartfräsprozesses wird jedoch sehr stark von der eingesetzten Werkzeugmaschine bestimmt. Und diese musste man bei Miba erst einmal finden.

Der Evaluierungsprozess dauerte aufgrund des Neulands, das man betreten hatte, rund zwei Jahre. „Im fortgeschrittenen
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Stadium haben wir ein Testwerkstück entworfen, auf dem die wesentlichen Geometrien abgebildet waren, die bei der Hartbearbeitung entscheidend sind“, so Heitzinger weiter. Darüber hinaus war es wichtig, mit der richtigen Frässtrategie die Fehler der Fräswerkzeuge zu vermeiden (Anm.: ein Kugelfräser hat in sich schon eine Abweichung von rund 5 µ). Einer der potentiellen Anbieter, der das Testwerkstück innerhalb der geforderten Toleranzen hergestellt hat, war der Präzisions-Werkzeugmaschinenhersteller Fehlmann, der in Österreich durch die Firma M&L – Maschinen und Lösungen von Manfred Lehenbauer vertreten wird.

Bestmögliche Bauform

Dass der Schweizer Hersteller hochgenaue Maschinen baut, wusste man bei Miba bereits aus eigener Erfahrung. Zudem erfüllte die Picomax 95 von Fehlmann genau die Vorstellungen bezüglich Arbeitsraum und Platzbedarf der Oberösterreicher. „Die Picomax 95 bietet trotz kompakter Bauweise einen entsprechend großen Arbeitsraum und passt somit zum Teilespektrum von Miba. Zudem ist sie ideal für die Herstellung von Präzisionsteilen bzw. die Zerspanung von zähen Materialien und Hartfräsen geeignet“, weiß Manfred Lehenbauer. Die unterschiedlichen Teile sind übrigens bis zu 800 mm lang bei Durchmessern von 100 bis 130 mm.

Letztendlich war neben der hohen Präzision eben vor allem das spezielle Maschinenkonzept der Picomax 95 für Miba ausschlaggebend. „Auch die Möglichkeit der Fertigung mit einer 4. Achse (Teilapparat) war entscheidend, um die Geometrien der Stempel nicht nur auf der
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Der Tisch der Picomax 95 bietet eine Aufspannfläche von 1.600 x 550 mm und entspricht der Charakteristik der Miba-Teile. Das Konzept mit Kreuztisch und simultanem Teilapparat hat Miba ebenfalls überzeugt. Bei Verfahrwegen von 800 x 500 x 610 mm (L x B x H) liegt die 4. Achse außerhalb des Verfahrbereichs. Dieser kann somit zu 100 % für das Werkstück genutzt werden. Durch die zweite vierte Achse können zusätzliche Laufzeiten von zwei bis fünf Stunden mannlos erzielt werden.

Der Tisch der Picomax 95 bietet eine Aufspannfläche von 1.600 x 550 mm und...

Plan- sondern auch auf der Lauffläche abbilden zu können“, ergänzt Grach. Genauso war eine gute Zugänglichkeit zum Arbeitsraum Voraussetzung, denn automatisierbar sei der Fertigungsprozess kaum: Neben der hohen Genauigkeit von +/- 5 µ über die gesamte Kontur – was an sich schon eine schwierige Aufgabe ist – kommt noch dazu, dass ein Stempeltyp lediglich zwei bis drei Mal pro Jahr gefertigt wird.

Massives Maschinenbett

Konkret verfügt das Bearbeitungszentrum über ein massives Maschinenbett aus Grauguss (Anm.: 9 t) was neben einer hohen Eigensteifigkeit auch Vorteile in der konstanten Wärmeentwicklung bietet. „Wenn man hohe Genauigkeiten und Oberflächengüten erzielen will, ist eine hohe Eigensteifigkeit Grundvoraussetzung“, so Lehenbauer und Heitzinger ergänzt: „Durch die Kreuztischbauweise (Anm.: Fräsen immer im gleichen Punkt) und die daraus resultierende, spezielle Wärmekompensationsstrategie, die Fehlmann bietet, sind wir bereits beim ersten Bauteil in der Früh innerhalb der geforderten Toleranzen.“ Von dem massiv ausgeführten Maschinenbett waren die Miba-Verantwortlichen äußerst positiv überrascht.

Der Arbeitsraum, respektive der Tisch, bietet eine Aufspannfläche von 1.600 x 550 mm und entspricht somit der Charakteristik der Miba-Teile (lang und schmal). Bei Verfahrwegen von 800 x 500 x 610 mm (L x B x H) liegt die 4. Achse außerhalb des Verfahrbereichs. Dieser kann somit zu 100 % für das Werkstück genutzt werden.

Auch die Spindel war natürlich ein wichtiges Kriterium: „Die
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Fehlmann eigene HSK-A63 Motorspindel vereint Steifigkeit, Drehmoment und Dynamik und bietet eine Drehzahl von bis zu 24.000 U/min“, so Lehenbauer und Heitzinger ergänzt: „Somit verfügen wir über eine starke Spindel, die trotzdem die nötige Drehzahl bietet – also ein guter Kompromiss.“

Und überhaupt sei die hohe Fertigungstiefe von Fehlmann ein wichtiger Aspekt für Miba. „Bei Fehlmann wird nicht nur montiert. Auf modernsten Produktionsanlagen werden Teile und Baugruppen mit hoher Fertigungstiefe in optimal aufeinander abgestimmter Präzision produziert. Qualität und eine hohe Verfügbarkeit sind somit garantiert“, weiß Manfred Lehenbauer. Das kann auch Peter Grach nach einem Besuch in der Schweiz nur bestätigen: „Die Spindel ist in der Präzisionsbearbeitung eine ganz wesentliche Komponente. Fehlmann produziert die Spindel selbst und verfügt auch in diesem Bereich über die nötige Kompetenz.“

Zwei 4. Achsen erhöhen Spindelauslastung

Auch in puncto Flexibilität ist man seitens Miba voll des Lobes für Fehlmann und M&L. Der Werkzeugbau bei Miba wird nur einschichtig betrieben – trotzdem werden möglichst hohe Maschinenlaufzeiten gefordert, um die Amortisationszeit der Investitionen so kurz wie möglich zu halten. „Da eine wirtschaftliche Automatisierung bedingt durch die langen Teile nicht möglich war, wollten wir mit einem zweiten Teilapparat mehr Autonomie erreichen und die Spindellaufzeiten damit entsprechend erhöhen“, merkt Heitzinger an. Diese Idee wurde erst gegen Ende des Projektes geboren und stammt eigentlich vom Maschinenbediener Franz Waldl.

Die Integration einer zweiten vierten
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Achse war auch für Fehlmann neu. In diesem Zusammenhang war unter anderem auch der Steuerungshersteller Heidenhain gefordert. „Hier mussten wir mit allen Beteiligten zusammenarbeiten, um das beste Ergebnis für den Kunden zu erzielen. Da ist im Hintergrund mehr nötig, als man vielleicht denkt“, erklärt Manfred Lehenbauer. Dank dieser intelligenten Lösung kann Miba jetzt zusätzliche Laufzeiten von zwei bis fünf Stunden mannlos erzielen.

Viermal so schnell

In Summe wurden die Anforderungen, die man an das Projekt gestellt hatte, komplett erfüllt: „Wir haben zwar bei weitem noch nicht alle Stempel durch, aber bis jetzt konnten wir die Fertigungszeiten auf ein Viertel und die Kosten um die Hälfte reduzieren“, freut sich Peter Grach. „Die Investition in die neue Technologie hat sich somit eindeutig ausgezahlt!“ Dass die Zeitersparnis nicht 1:1 in Kostenersparnis mündet ist vor allem dem Material geschuldet. „Wir verwenden hochverschleißfeste PM-Stähle mit bis zu 15 % Vanadium – das führt natürlich zu Fräserverschleiß und somit zu höheren Werkzeugkosten“, begründet Heitzinger.

Bis dato wurden die Stempel 3-achsig bearbeitet. Aufgrund der 4-achsigen Bearbeitung mit dem Teilapparat musste man auch im CAM-System Powermill, betreut durch die Firma Pimpel, eine neue Strategie ausarbeiten. „Neben der Maschine spielt bei der Hartbearbeitung auch die Frässtrategie samt Fräswerkzeug eine tragende Rolle. Da hat uns sowohl die Firma Pimpel als auch Fehlmann mit Know-how unterstützt“, betont Heitzinger.


Letztlich ist Zeit ein wesentlicher Faktor, „um vor allem die Durchlaufzeit der Stempel zu verkürzen und die Flexibilität im Werkzeugbau weiter zu steigern“, so Heitzinger weiter. Auch die beim Hartfräsen erreichten Oberflächengüten waren überraschend gut: „Beim Erodieren lagen wir bei Rz = 4 bis 5 µ. Mit der neuen Technologie erreichen wir Werte von Rz = 2 bis 3 µ. Das erleichtert das nachträgliche Polieren auf Rz = 1 µ und reduziert die Gefahr von Polierfehlern.“

Vorbildlicher Projektablauf

Von der Zusammenarbeit mit Fehlmann und M&L ist man seitens Miba auf alle Fälle beeindruckt, denn der Projektablauf und das After-Sales-Service waren reibungslos und sehr zufriedenstellend. „Natürlich kann man im Vorfeld eines Projektes vieles berücksichtigen – aber eben nicht alles. Und da sind kompetente Ansprechpartner im Service und Support sehr wichtig. Die sind bei Fehlmann vorhanden und auch verfügbar“, betont Franz Heitzinger und Peter Grach bringt es abschließend auf den Punkt: „Bei zukünftigen Projekten ist M&L mit Fehlmann für uns mit Sicherheit wieder ein potentieller Partner, auf den man auf keinen Fall verzichten wird.“

Da die Leistungsfähigkeit des Hartfräsprozesses sehr stark von der eingesetzten Werkzeugmaschine bestimmt wird, hat man bei Miba nichts dem Zufall überlassen und schließlich eine Fehlmann Picomax 95 angeschafft. Neben einem massiven Maschinenbett aus Grauguss überzeugten auch die kompakte Bauform und der große Arbeitsraum. (Alle Bilder x-technik)
Der Tisch der Picomax 95 bietet eine Aufspannfläche von 1.600 x 550 mm und entspricht der Charakteristik der Miba-Teile. Das Konzept mit Kreuztisch und simultanem Teilapparat hat Miba ebenfalls überzeugt. Bei Verfahrwegen von 800 x 500 x 610 mm (L x B x H) liegt die 4. Achse außerhalb des Verfahrbereichs. Dieser kann somit zu 100 % für das Werkstück genutzt werden. Durch die zweite vierte Achse können zusätzliche Laufzeiten von zwei bis fünf Stunden mannlos erzielt werden.
Das Testwerkstück ist zwar relativ einfach, beinhaltet aber die wesentlichen Geometrien, die bei der Hartbearbeitung entscheidend sind. (Anmerkung: Aus Geheimhaltungsgründen können die gefertigten Teile des Miba Werkzeugbaus leider nicht gezeigt werden.)
Das erfolgreiche Projektteam bestand unter anderem aus Ludwig Depil, Franz Heitzinger, Peter Grach, Franz Waldl (alle Miba) und Manfred Lehenbauer (v. l. n. r.).


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