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24/7-Fertigung im Werkzeugbau

März 2019 — Der auf Blechumformung spezialisierte Werkzeugbauer Gebhardt hat gemeinsam mit MMC Hitachi Tool seine Fräsabläufe analysiert und automatisiert. Das Ergebnis sind verbesserte Prozesse, längere Standzeiten, eine schnellere Bearbeitung und gesunkene Fertigungskosten.

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Gebhardt Werkzeug- und Maschinenbau bietet Full Service für komplexe Teile im Automotivbereich. Man decke die gesamte Prozesskette ab, und zwar von der grundlegenden Planung, eventueller Bauteiloptimierung über Konstruktion und Fertigung bis hin zum Tryout, berichtet Geschäftsführer Markus Gebhardt. „Wir haben weniger Mitarbeiter als Maschinen. Letztere müssen Tag und Nacht laufen, ohne dass jemand danebensteht. Wir setzen auf Automatisierung, und zwar so, dass wir flexibel bleiben.“ Dabei zählt der Fräsbereich zu den wichtigen Stellschrauben. So fällt der Blick sofort auf das fünfachsige Bearbeitungszentrum „C42 U“ von Hermle nebst fleißig agierendem Knickarmroboter. Er versorgt die Maschine rund um die Uhr mit Werkstückpaletten und räumt die fertigen Teile in den vorgesehenen Lagerplatz. Gebhardt hat die Anlage in den Prozess eingebunden – und zwar mit eigenem Know-how. Ein anderer Aspekt ist die konstante Bearbeitungsqualität der 24/7-Fertigung.

Im Laufe der Jahre wurde beim Fräsen ein hoher Stand erarbeitet. Trotzdem kam es während des Schruppens immer mal wieder zu Plattenbrüchen. Dies hätte in einer automatisierten Fertigung zu massiven Problemen geführt. Deshalb suchte Gebhardt nach einer Lösung. Ferner gewünscht waren kürzere Bearbeitungszeiten, die nicht mit niedrigeren Standzeiten erkauft werden sollten. Der Werkzeugbauer nahm Kontakt mit MMC Hitachi Tool auf. Bereits seit Jahren setzte Gebhardt Produkte des japanischen Herstellers ein.

Florian Huber, ein erfahrener Experte von MMC Hitachi Tool, besuchte Gebhardt. Testweise sollte ein 1500 mm langer, 400 mm breiter und 250 mm hoher Ziehstempel aus Gesenkstahl 40CrMnNiMo8 (1.2738) aus dem Vollen geschruppt werden. Das Teil repräsentiert eine typische Bearbeitungssituation. Florian Huber ging dabei vor nach dem ganzheitlichen Optimierungskonzept „Production 50“ (P 50), das MMC Hitachi Tool speziell für spanabhebende Prozessketten im Werkzeug- und Formenbau entwickelt hat. Nach der Analyse von CAM-Strategie, Maschinen- und Werkzeugeinsatz gab es weiterführende Versuche. Sie führten schnell zum Ziel: Als Referenz wurde ein sechsschneidiger Torus-Wendeplattenfräser zum Einschrauben mit 40 mm Durchmesser von MMC Hitachi Tool ausgewählt. Der Durchmesser ist der, der bei Gebhardt beim Schruppen eingesetzt wird. Bei Erfolg kann auf kleinere Durchmesser skaliert werden. Geschruppt wurde mit Z-konstant und programmiert mit „Work NC“ als CAM-System. 

Das Resultat hat die Erwartungen übertroffen, die ermittelten Werte sind bei Gebhard heute Referenz. Die Standzeit hat sich mit den MMC Hitachi Tool-Werkzeugen bei Bauteilen dieser Art zwischen 30 % und 40 % erhöht. Plattenbrüche kommen nicht mehr vor. „Wir setzen die Platte heute zum Schruppen auf allen Maschinen vom Baustahl bis hin zu hochlegierten Stählen ein“, sagt Rainer Brandt, Leiter CNC-Fräsen bei Gebhardt. „Zudem konnten wir an Geschwindigkeit zulegen. Bei dem Versuch haben wir die Bearbeitungszeit auf 240 Minuten gesenkt und sind damit 30 Prozent schneller geworden.“ 

Ein weiteres Projekt sollte bestätigen, dass sich auch die Hartbearbeitung weiter optimieren lässt. Zwei zweischneidige, unterschiedlich beschichtete Hitachi-Kugelfräser (EPBTS-TH, HGOB-PN) mit 10 mm Durchmesser wurden mit sieben Kugelfräsern ähnlichen Typs anderer Hersteller verglichen. Bei den Tests auf der Hermle C 42 im Mittelpunkt standen die Prozesssicherheit, Oberfläche und Standzeit. Versuchsobjekt war ein 100 mm hoher Block mit 80 mm Länge und Breite auf 60 HRC vorgehärteten X155CrVmo12-1 (1.2379), der bei Gebhardt Standardwerkstoff bei der Hartbearbeitung ist. Der Versuchsaufbau bestand aus einem eingeschwenkten Kugelfräser, mit dem in einem Winkel von 30 Grad fünf Stunden auf einem einzigen Punkt durchgefräst wurde. Bei den Tests blieben alle Bearbeitungsparameter gleich, Ausgangspunkt waren die Schnittwertvorgaben und die Erfahrungen mit MMC Hitachi Tool. Gemessen wurden Oberfläche, Abweichung zum programmierten Maß sowie der Abbau vom Fräswerkzeug im Prozess. Ziel war der Eins-zu-eins-Vergleich zwischen einem teureren und einem billigeren Werkzeug. 

Bei dem EPTS war ein Verschleiß von 0,02 mm messbar, die Abweichung vom Nullmaß betrug ebenfalls 0,02 mm. Das war besser als bei den Konkurrenzwerkzeugen, wo Verschleiß und Maßabweichung bis zu 0,07 mm betrugen, bei einem Mittenrauwert Ra von teilweise bis zu 0,7 μm. Der EPBTS lieferte bei Standzeit und Oberflächenqualität das beste Resultat. Als optimales Ergebnis mit dem EPBTS stand letztlich ein Ra von 0,21 μm zu Buche – also fast Polierqualität. „Mich überraschte, wie stark sich das Bearbeitungsergebnis bei den Werkzeugen der verschiedenen Hersteller unterschieden hat. Denn wir hatten unter exakt denselben Bedingungen teilweise vierfach schlechtere Oberflächen“, unterstreicht Rainer Brandt. „Außerdem wurden die Kugelfräser in 20-Grad-Anstellung sowie in senkrechter Ausrichtung getestet, um die Stirngeometrie zu testen. Letzteres deshalb, weil mit den Kugelfräsern bei uns sehr häufig flache Bereiche gefräst werden – auch hier konnte der EPBTS in Sachen Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit klar überzeugen.“ 

Weiterer Pluspunkt waren die verringerten Fertigungskosten. So hatte Florian Huber im Rahmen des P-50-Konzepts eine prozessorientierte Wirtschaftlichkeitsberechnung für die Schruppbearbeitung des Biegestempels vorgenommen, welche die resultierenden Fertigungskosten dokumentiert. „Bei unserem Testwerkstück kosten die Platten, die zum Schruppen des Biegestempels benötigt wurden, zusammen rund 73 Euro. Das sind 50 Euro mehr als beim Wettbewerb“, sagt Markus Gebhardt. „Den Mehrpreis sparen wir aber durch die höhere Standzeit und über die ein Drittel schnellere Bearbeitung ein.“ Unter Einbeziehung der Maschinenkosten seien die Fertigungskosten beim Schruppen des Biegestempels um 24 % gesunken. 

Gebhardt Werkzeug- und Maschinenbau GmbH
Löwenstraße 4-8 
88255 Baienfurt
Ansprechpartner ist Markus Gebhardt
Tel.: +49 751 56163-0
info@gebhardt-gmbh.de
www.gebhardt-gmbh.de

MMC Hitachi Tool Engineering Europe GmbH
Itterpark 12
40724 Hilden
Ansprechpartner ist Florian Huber
Tel.: +49 21 03 2482-0
info@mmc-hitachitool-eu.com
www.mmc-hitachitool-eu.com

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