Bild: Mapal
Erfolgreich bohren trotz erschwerter Bedingungen

Mit dem Einsatz maßgeschneiderter Bohrtechnologie von Mapal ist es dem Hersteller von Automobilzulieferteilen Brabant Alucast gelungen, den Standweg beim Bohren eines Kurbelgehäuseunterteils aus Aluminiumguss von ursprünglich 560 auf 12288 Meter anzuheben und zugleich die Taktzeit merklich zu verkürzen.

Zehn Bohrungen mit zehn Millimeter Durchmesser und einer Bohrtiefe von einigen Zentimetern mit hohem Vorschub in ein Werkstück aus Aluminiumdruckguss ohne besondere Präzisionsanforderungen einbringen? Kein Problem!

 

Diesen voreiligen Schluss könnte so mancher Fertigungsplaner ziehen, wenn er vor dieser Aufgabenstellung steht. Doch was auf den ersten Blick so einfach klingt, können diverse Rahmenbedingungen schnell zu einer Bearbeitungsaufgabe werden lassen, die das ganze Können von Werkzeugspezialisten fordert.

 

Ungeplante Produktionsunterbrechung durch Werkzeugbruch


Dies mussten auch die Verantwortlichen bei Brabant Alucast feststellen, als das Unternehmen 2006 den Guss und die Bearbeitung eines Kurbelgehäuseunterteils (Bedplate) für PSA Peugeot Citroën übernahm, das bis heute in Stückzahlen von bis zu 480000 pro Jahr gefertigt wird. Dabei müssen in jedes Werkstück zehn Bohrungen mit 80 Millimeter Tiefe und 10,6 Millimeter Durchmesser eingebracht werden. Eine scheinbar überschaubare Aufgabe, doch bei der speziell für die Komplettbearbeitung angeschafften vollautomatisierten Anlage, deren Herzstück eine Rundtaktmaschine Vertiflex von Riello Sistemi bildet, kam es immer wieder zu ungeplanten Maschinenstillständen und Ausschussteilen durch Bruch des eingesetzten PKD-Bohrers.


„Werkzeugbruch ist immer äußerst problematisch, da nie gänzlich auszuschließen ist, dass ein defektes Werkstück zum Kunden gelangt und eine Reklamation nach sich zieht“, erläutert Christiano Sala, Parts & Process Development Engineer bei Brabant Alucast am Standort Oss in Holland. „Zusätzlich lässt sich ein unvorhergesehener Maschinenstillstand bei einer derart hoch automatisierten Anlage nicht so einfach handhaben wie bei einem Bearbeitungszentrum. Es besteht daher die Gefahr längerer Produktionsstopps.“

 

Optimierungsbedarf bei Standweg und Bohrzeit


Doch nicht nur das Thema Werkzeugbruch beschäftigte die Zuständigen bei Brabant Alucast. Auch der mit dem PKD-Bohrer realisierte Standweg von 560 Meter (7000 Bohrungen) und insbesondere die von der Bohrzeit bestimmte Taktzeit waren auf Dauer nicht zufriedenstellend. Obwohl der Automobilzulieferer die Bearbeitungsaufgabe bereits auf zwei Stationen (6 beziehungsweise 4 Bohrungen) der Rundtaktmaschine aufgeteilt hatte, gelang es nicht, die Taktzeit wie gewünscht auf unter 45 Sekunden zu senken. Die Ursachen für die Probleme waren vielfältig. „Gleich eine ganze Reihe an Faktoren erschwerte die Bearbeitungsaufgabe“, sagt Christiano Sala rückblickend.


So wird die Bohrung auf beiden Seiten des Werkstücks in Form eines Sacklochs vorgegossen. Dies ist nötig, da sich die Bohrungen im Bereich der Lagergasse des Motors befinden und daher hohe Härte und minimale Porositäten gefordert sind. Weil es beim Druckguss allerdings verfahrensbedingt zu Positionsabweichungen der vorgeformten Bohrungen kommen kann, neigt der Bohrer zum Verlaufen, wenn er sich nicht sauber freischneiden kann. Der dadurch auf den Bohrer ausgeübte Zwang führt fast unvermeidlich zum Werkzeugbruch. Zudem ist die Kühlung beziehungsweise die Schmierung bei stirnseitigen Kühlmittelbohrungen nicht mehr gewährleistet, wenn der Bohrer in den Grund des gegenüberliegenden Sacklochs eintritt und der Kühl- beziehungsweise Schmiermitteldruck schlagartig abfällt. Darüber hinaus darf beim Austreten des Bohrers aus dem Werkstück kein Grat entstehen, da aus Zeit- und Kostengründen nur von einer Seite aus gebohrt wird und eine Nachbearbeitung nicht in Frage kam.

 

Mehrfacher Werkzeug- und Lieferantenwechsel


Nach etwa einem Jahr wechselte Brabant Alucast im Rahmen der ständigen Optimierungsanstrengungen vom PKD-Bohrer zu einem zweischneidigen Standard-VHM-Bohrer – bei allerdings weitgehend unveränderten Ergebnissen in puncto Werkzeugbruch und Standzeit. Nachdem es 2010 zu einer unerwartet hohen Nachfrage und in der Folge zu Lieferengpässen kam, wechselte das Unternehmen den Bohrerlieferanten. Dieser verfügte über eine nahegelegene Werkzeugschleiferei und brachte einen VHM-Zweischneider und wegen anhaltender Probleme mit der Standzeit und Werkzeugbruch nach einigen Monaten einen Dreischneider auf die Rundtaktmaschine. Aber auch dieser brachte keine zufriedenstellende Verbesserung.

 

Mapal hat die Lösung


Erst ein weiterer Wechsel des Lieferanten und ein innovatives Werkzeug brachten 2012 den entscheidenden Durchbruch. Die Wende leitete Mapal mit einem zweischneidigen VHM-Bohrer ein, der auf die speziellen Belange der Aufgabenstellung zugeschnitten wurde. Dazu erhielt der beschichtete Bohrer eine spezielle Schneidengeometrie und zusätzliche Kühlmittelöffnungen auf halber Spannutlänge. Viel Aufwand, doch der hat sich gelohnt: Mit dem neuen Bohrer erhöhte sich der Standweg auf 7600 Meter (100000 Bohrungen) bei einem Vorschub von 0,5 Millimeter.


Die gegenüber dem PKD-Bohrer um den Faktor 13 höhere Standzeit ermöglichte es Brabant Alucast, auf ein Nachschleifen des Bohrers zu verzichten. Seitdem gehört die mit dem Nachschleifen unweigerlich verknüpfte Unsicherheit bezüglich der verbleibenden Werkzeugstandzeit der Vergangenheit an. „Damit haben wir unsere Ziele in puncto Prozesssicherheit klar erreicht“, freut sich Christiano Sala.

 

Tritan-Drill für noch mehr Produktivität


Obwohl das langjährig akute Thema Werkzeugbruch damit endgültig ad acta gelegt werden konnte, strebten die Beteiligten eine zusätzliche Verbesserung der Taktzeit an. In einem weiteren Optimierungsschritt brachte der zuständige technische Berater von Mapal, Norbert Thoma, daher einen maßgeschneiderten Tritan-Drill aus Vollhartmetall ins Spiel. Diese speziell für anspruchsvolle Bohrsituationen entwickelte Bohrertechnologie zeichnet sich unter anderem durch eine aggressive, selbstzentrierende Querschneide aus, die sich schon beim ersten Kontakt mit dem Werkstück „festbeißt“ und den Bohrer sicher auf Position hält, so dass er nicht aus der Mitte läuft.


Die Firma Mapal aus Aalen hat Anfang 2014 eine Sonderausführung des Werkzeugs realisiert, bei dem Schneidengeometrie, Beschichtung und Kühlmittelaustrittsbohrungen unverändert vom zuvor eingesetzten Zweischneider übernommen wurden. Der so ausgestattete Tritan-Drill brachte mit seinen drei Schneiden noch einmal eine Erhöhung des Standwegs auf 12288 Meter (153600 Bohrungen). Zudem konnte der Vorschub auf 0,74 Millimeter bei einer Drehzahl von 4200 min-1 erhöht und damit die Gesamtbearbeitungszeit auf 37 Sekunden verkürzt werden. Gegenüber dem PKD-Bohrer entspricht das einer Reduzierung der Bearbeitungszeit um gut 18 Prozent. „Das Ergebnis der intensiven Zusammenarbeit mit Mapal hat erneut alle überzeugt“, fasst Christiano Sala zusammen. „Die Anlage läuft jetzt nicht nur ohne Unterbrechung deutlich länger, sondern bearbeitet auch noch mehr Teile in kürzerer Zeit. Im Vergleich zu den Anfängen mit dem PKD-Bohrer sparen wir im großen Maßstab Produktionszeit ein.“

www.mapal.com

 

Beitrag aus dima 2/2016:

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