Spritzen & Giessen

Mit höchster Präzision ins Harte

16.02.2010

Bohren: Weichbearbeiten, Härten, Fertigbearbeiten – die Verantwortlichen bei Beckert Formen + Modelle in Bad Friedrichshall verkürzten die Prozesskette und stellten um auf Hartbearbeitung. Für höchste Genauigkeit bei den auf H7 tolerierten Auswerferbohrungen sorgen die neuen MHS-Bohrer von Mitsubishi.

MMC_1Für hohe Verschleißfestigkeit werden Werkzeuge in gehärtetem Stahl ausgeführt. Wie in vielen anderen Werkzeug- und Formenbauunternehmen auch wurden bei Beckert Formen + Modelle in Bad Friedrichshall zunächst die Werkzeuge weich vorbearbeitet, dann extern zur Härterei gebracht und im Anschluss daran fertigbearbeitet. „Das kostete viel Zeit, und aufgrund des Verzugs und der Härte war die Nacharbeit mitunter sehr aufwändig“, erklärt Bernd Schalamun, Meister Formenbau. „Für mehr Präzision von Anfang an und kürzere Durchlaufzeiten entschlossen wir uns, die Prozesskette zu straffen.“

Sehr gute Oberflächenqualität nötig
Da die Maschinen – insbesondere eine Matec 30 HV und eine DMU 100 – auch für die Hartbearbeitung ausgelegt sind und zudem über eine innere Kühlschmierstoffzufuhr von 20 respektive 40 bar verfügen, entschlossen sich die Verantwortlichen, die Auswerferbohrungen künftig von Anfang an in gehärtetem Werkzeugstahl mit 55 HRC auszuführen. „Das ist durchaus eine Herausforderung, da die Führungslänge der Auswerfer je nach Größe zwischen 30 und 80mm beträgt“, erklärt Schalamun. „Das bedeutet auch, dass wir sehr hohe Oberflächenqualitäten benötigen.“

Zunächst wollte Schalamun einen Bohrprozess mit einer Hartreibahle fürs Finish kombinieren. Ahmet Köylüoglu, bei Mitsubishi zuständig für technische Beratung und Verkauf, und Axel Dollinger, Anwendungstechniker des Präzisionswerkzeugherstellers, schlugen indes einen direkteren Weg vor: „Sie behaupteten, dass sie das gewünschte Ergebnis auch mit einem Bohrprozess allein erreichen können“, erläutert der Meister. „Die neuen MHS-Vollhartmetallbohrer sollten in der Lage sein, die Bohrungen in einem einzigen Arbeitsgang fertig zu bearbeiten. Das wollten wir sehen – wir holten die Werkzeuge für einem Feldversuch ins Haus.“

Exakte Führung und hohe Standzeit
Die MHS-Bohrer bestehen aus einem TF15-Feinkornsubstrat, das Mitsubishi auch für MMC_2Wendeschneidplatten und immer mehr auch für Vollhartmetall-Fräser einsetzt. Der Spitzenwinkel des Werkzeugs beträgt 140°, vier Fasen sorgen für exakte Führung. Für hohe Standzeiten und gute Oberflächenqualitäten soll die Miracle-Beschichtung sorgen, eine Schicht auf TiAlN-Basis. Zwei Kühlkanäle bringen den nötigen Kühlschmierstoff für optimalen Spänetransport an die Schneidkante.

Die Bohrer wurden speziell auf harte Materialien und hohe Fluchtgenauigkeit ausgelegt. Sie sind standardgemäß in Durchmessern von 3,0 bis 12,0 lieferbar, Sondergrößen auf Anfrage. „Bei uns kommen in erster Linie die Durchmesser 6, 8, 10 und 12mm zum Einsatz“, erklärt Schalamun. „Deshalb testeten wir zusammen mit den Mitsubishi-Experten auch diese Durchmessser auf Herz und Nieren.“

Eine einzelne Bohrung zu erstellen ist keine Kunst – wenn es indes darauf ankommt, in Form und Lage exakt zu positionieren, wird es schon komplizierter. Insbesondere dann, wenn es ins Harte geht, scheidet sich bei den Bohrwerkzeugen die Spreu vom Weizen: Der Bohrer muss schließlich exakt die Position halten können. Dafür müssen auch die Werkzeugaufnahmen sehr exakt und stabil sein.

Die Bohrer benötigen durchaus progressive Vorschubwerte
„Wir setzten in unseren Versuchen bei jeder Durchmesser-Parameterkombination jeweils fünf Bohrungen“, erläutert Schalamun. „Bei einer Schnittgeschwindigkeit von 20 m und einem Kühlmittelinnendruck von 20 bar fingen wir mit einem Vorschub von 0,1 mm pro Umdrehung an. Die erste Bohrung passte – die anderen waren zu klein.“ Beim Versuch mit 0,08 mm pro Umdrehung passte keine einzige Bohrung. Also wurde der Vorschub wieder erhöht – von 0,12 auf 0,14 und schließlich auf 0,15 mm pro Umdrehung. Das Ergebnis verbesserte sich umgehend: „Bei 0,15 waren 14 von 15 Bohrungen ok“, erklärt Schalamun. „Das liegt an der Präparation des Bohrers: Er verfügt über einen dickeren Kern als die Werkzeuge zur Weichbearbeitung. Mit seinen vier Führungsfasen stützt er sich bei kleineren Vorschüben weniger gut am Material ab. Das führt dann zu kleineren Durchmessern als beabsichtigt.“

Althergebrachtes hinterfragen
Grundsätzlich wurde bei Beckert entsprechend der allgemein gültigen Empfehlung kein NC-Anbohrer verwendet. „Als wir aber gegen alle Theorie einen Versuch mit einem NC-Anbohrer fuhren, stellten wir fest, dass die Ergebnisse nochmals deutlich besser wurden – jetzt passten 100 Prozent aller Bohrungen absolut exakt.“ Grundsätzlich wird jede Bohrung auf den Nenndurchmesser angespiegelt und zentriert. Der zusätzlich notwendige Werkzeugwechsel wirkt sich kaum negativ auf die Bearbeitungszeit aus.

Der Nachschleifprozess sollte bei Mitsubishi selbst erfolgen, um die hohen Qualitätsanforderungen gewährleisten zu können. Die Bohrer werden beim Hersteller entschichtet, dann wird verschleißunabhängig ein Stück abgeschliffen, um eventuelle Gefügeveränderungen zu entfernen, bevor wieder die Miracle-Schicht aufgetragen wird. Dafür verspricht der Hersteller dann auch wieder bis zu 98 Prozent der Standzeit eines Neuwerkzeugs.

MMC_3„Mit den neuen MHS-Bohrern von Mitsubishi konnten wir die Bearbeitung der Auswerferbohrungen deutlich straffen“, erklärt Schalamun. „Vorher wurde jede Auswerferbohrung im weichen Werkzeugstahl von der Rückseite als Freibohrung fertiggestellt, für den Bereich der Führung wurde das Startloch gesetzt. Dann ging das Werkzeug zum Härten. Und anschließend musste es unter Berücksichtigung von Verzug fertigbearbeitet werden. Für die Auswerfer musste eine Referenzbohrung gesetzt werden, die dann anschließend beim Drahterodieren zum Anfahren genutzt wurde. Diese Arbeitsgänge können jetzt entfallen.“

Zudem kann jetzt das Werkzeug in deutlich weniger Aufspannungen als vorher bearbeitet werden: „So lassen sich sowohl die Durchlaufzeit als auch die Prozesssicherheit und die Präzision weiter verbessern“, erklärt Schalamun. „Alles in allem bringen uns die neuen Bohrer ein deutliches Plus an Genauigkeit und an Sicherheit. Und wir schaffen die Bearbeitung der Auswerferführungen im Vergleich zu vorher jetzt weitaus zügiger.“


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