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ISCARs zukunftsfähige Strategie für effektive Zerspanungswerkzeuge zur Automobilproduktion

Applikationen mit künstlicher Intelligenz und autonomen Fahrzeugalgorithmen zu entwickeln ist nicht die einzige Herausforderung, mit der sich Automobil-Erstausrüster (OEMs) heute konfrontiert sehen. Immer mehr Kunden wünschen Fahrzeuge mit den allerneuesten Technologien und dem brandneuesten Zubehör. Immer neue Richtlinien und Gesetze von Regierungen und Umweltschutzbehörden hinsichtlich der Produktion von Automobilen müssen eingehalten werden. Am Ende dieser Prozesskette steht schließlich der Preis, der für ein Fahrzeug zu bezahlen ist.
Von Automobil-OEMs wird erwartet, dass die komplette Fahrzeugausstattung dem neuesten Stand der Technik entspricht und die Fahrzeugleistung weiter verbessert wird – alles zu einem noch erschwinglichen Preis.
Um diese hohe Messlatte zu erreichen – ohne Erhöhung des Endpreises und ohne Kompromisse in der Qualität - analysieren Automobil-OEMs permanent, wie man auf jene Produktionskosten Einfluss nehmen kann, die den Löwenanteil an den gesamten Fertigungskosten ausmachen - durch:
  • Produktivitätssteigerung
  • Senkung der Kosten pro Bauteil (CPU Cost per Unit)

Produkivitätssteigerung – aber wie?

Der Zerspanprozess besteht aus der Hauptzeit (auch Hauptnutzungszeit) und der Nebenzeit (auch Nebennutzungszeit genannt).

Die Hauptzeit
Die richtigen Schnittbedingungen sind bei der Hauptnutzungszeit ein wesentlicher Parameter. Basierend auf ihrer Erfahrung mit Zerspanungsprozessen stellen Hersteller von Zerspanungswerkzeugen in der Regel ihre eigenen Schnittwertempfehlungen zur Verfügung. ISCAR hat zu diesem Zweck seinen genialen ITA – ISCAR Tool Advisor (Anwendungsberater) entwickelt. Dieses elektronische Tool empfiehlt 3 Werkzeugoptionen, bis zu 25 Bearbeitungs-alternativen sowie Schnittparameter und berücksichtigt dabei die Maschinenleistung. Alle Parameter spiegeln sich im Zeitspanvolumen wider. Je höher dieser Wert, desto höher die Produktivität. Anwender können den ITA einsetzen, um mit der optimalen Technologie und den optimalen Schnittparametern zu zerspanen, zur Erzielung hoher Produktivität, mit maximaler Effizienz und minimalem Ausschussvolumen.

Die Nebenzeit
In der Serienfertigung ist die Nebennutzungszeit einer Bearbeitung nicht zu vernachlässigen. Ungenutzte Werkzeugaktion ist bares Geld. Hier ist ISCARs Ansatz, Anwender zur Überprüfung ihrer technologischen Prozesse anzuhalten und Kombinationswerkzeuge einzusetzen, um die Anzahl der erforderlichen Werkzeugwechsel zu reduzieren.

Optimierung durch Kombinationswerkzeuge
Da die moderne Komplettlösung eines technologischen Prozesses Dutzende Werkzeuge umfassen kann, spielt Optimierung in diesem Bereich eine große Rolle. Das Design eines Kombinationswerkzeugs berücksichtigt die Maschinengeometrien und –eigenschaften wie zum Beispiel die maximalen Werkzeugdurchmesser, Antriebsleistung usw.
Ein Kombinationswerkzeug von ISCAR für die Bearbeitung eines Achsschenkels aus Gusseisen kombiniert Bohren, beidseitiges Anfasen, Schulterfräsen und Anplanen. Durch den Einsatz dieses Werkzeugs wird die Zykluszeit stark reduziert, die Span- zu Spanzeit kann um bis zu 60 % reduziert werden.

Clevere Kombination spart Platz
Mit Kombinationswerkzeugen spart man Lagerkapazitäten, das ist insbesondere von Vorteil, wenn der Lagerplatz begrenzt ist. Das Werkzeugmagazin verhält sich proportional zum Flächenbedarf einer Werkzeugmaschine und beeinflusst somit direkt die Maschinenkosten.

Runter mit den Kosten pro Bauteil (CPU)
Für Automobil-OEMs stellen die Fertigungskosten pro Bauteil (CPU: Cost Per Unit) den entscheidenden Faktor dar. Die Werkzeugkosten sind ein variabler Faktor in der CPU-Kalkulation. Der Werkzeugpreis selbst wird nicht als wichtigster Parameter betrachtet – obwohl dieser sich natürlich auf die endgültigen Fertigungskosten auswirkt – wie die untenstehende Formel zeigt. Hingegen ist die Anzahl der Schneidkanten pro Wendeschneidplatte (WSP) von maßgeblicher Bedeutung.
Nachstehende Formel berechnet den Effekt des Wendeschneidplattenpreises auf die CPU gesamt und verdeutlicht die Beziehung zwischen den unterschiedlichen Verschleißteilparametern (Wendeschneidplatten) auf dem Werkzeug.

Führende Hersteller von Zerspanungswerkzeugen haben dieses Prinzip angewendet, um neue Werkzeuggenerationen mit mehr Schneidkanten zu entwickeln. ISCAR hat dabei eine Palette moderner Produkte entwickelt, wie beispielsweise HELIIQMILL, eine 3-schneidige Werkzeuglinie, basierend auf der bekannten HELI 2000-Linie. In diesem Fall wurde die Geometrie der radial geklemmten HELI 2000 Wendeschneidplatte HM90 ADCT 1505 mit zwei helikalen Schneidkanten innovativ aufgegriffen – heraus kam die radial geklemmte HELI IQ MILL Trigon-Wendeschneidplatte HM390 TDKT 1907 mit 3 helikalen Schneidkanten (Abb. 5) – unter Beibehaltung des bestehenden Preisniveaus pro WSP

Werkzeuge stellen sich der Herausforderung
Enge Kooperationen zwischen Automobil-OEMs und Herstellern von Zerspanungswerkzeugen für die Bearbeitung von Turboladern zeigen klar, wie beide Seiten gemeinsame Anstrengungen unternommen haben, um den technologischen Prozess der Turbinengehäusefertigung zu optimieren. Das in der Turbinengehäusefertigung gängige Rohmaterial war 1.4848 – ein austenitischer, hitzebeständiger Stahlguss. Erforderliche Rationalisierungsmaßnahmen und Senkung der Fertigungskosten führten zur Umstellung auf kostengünstigere Alternativen: 1.4837 und DIN 1.4826, beides schwer zerspanbare austenitische, hitzebeständige Stahlguss-Legierungen.

Dafür mussten die führenden Hersteller von Zerspanungswerkzeugen Lösungen finden. ISCAR hat dies mit der neuen Schneidstoffsorte MS32 in Kombination mit einer entsprechenden Schneidkantenbehandlung und -geometrie geschafft und Werkzeuge für bessere Schnittbedingungen und maximale Wendeschneidplattenstandzeit entwickelt, einschließlich der von Anwendern gelobten, radial geklemmten Wendeschneidplatte S845 SNHU 13 MS32 mit 8 helikalen Schneidkanten (Abb. 6). Der Markt profitiert von den neuen, speziell für die Fertigung von Turbinengehäusen entwickelten, Werkzeugen.

In der richtigen Spur Richtung Zukunft
Der oben beschriebene Trend macht deutlich, wie das Kollaborationsmodell zwischen OEM-Kunden und Herstellern von Zerspanungswerkzeugen in eine neue Richtung bei der Werkzeugentwicklung weist und – wie ISCAR seine intelligenten Ressourcen einsetzt, um clever kombinierte Werkzeuge zur Produktivitätssteigerung und CPU-Reduzierung zu kreieren. Auch hier profitiert der Markt von den neuen Kooperationen, und alle Beteiligten befinden sich in der richtigen Spur von Leistungsoptimierung und Kostensenkung.

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