Grindinghub 2022 Hybride Prozesse sichern auch die Zukunft der Schleiftechnik

Ein Gastbeitrag von Dag Heidecker

Es lohnt sich, Fertigungsprozesse zu kombinieren. Das eröffnet auch für die Schleif- und Feinbearbeitungspraxis neue Chancen, wie bald auf der neuen Messe Grindinghub demonstriert werden wird.

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Hybride Bearbeitungsmaschinen sind auf dem Vormarsch. Denn mit ihnen erreicht man eine bisher nicht vorhandene Fertigungsflexibilität. Die Schleiftechnikmesse Grindinghub 2022 wird deshalb auch diesen Trend widerspiegeln. Hier ein kleiner Vorgeschmack auf den Mai.
Hybride Bearbeitungsmaschinen sind auf dem Vormarsch. Denn mit ihnen erreicht man eine bisher nicht vorhandene Fertigungsflexibilität. Die Schleiftechnikmesse Grindinghub 2022 wird deshalb auch diesen Trend widerspiegeln. Hier ein kleiner Vorgeschmack auf den Mai.
(Bild: Fritz Studer)

Kommen moderne Automations- und Digitalisierungskonzepte zu den klassischen Bearbeitungsverfahren hinzu, winken deutliche Produktivitätssteigerungen. Die international ausgerichtete Messe für Schleiftechnik Grindinghub verdeutlicht das vom 17. bis zum 20. Mai 2022 in Stuttgart. Sie bietet das anhand eines kompakten Marktüberblicks, für Produktionsverfahren in diesem anspruchsvollen Umfeld. Als internationale Plattform bietet die Grindinghub 2022 sämtliche Prozesse für Schleiftechnik und Superfinishing ab. Der Veranstalter VDW schafft in Kooperation mit der Messe Stuttgart und Swissmem die dafür notwendige solide Basis. Schleifmaschinen, Werkzeug-Schleifmaschinen und Schleifmittel stehen hierbei im Fokus, flankiert von passender Software, Automationsmöglichkeiten und begleitenden Dienstleistungen.

Hybride Maschinen lösen Probleme beim Getriebebau

Große Stückzahlen, enormer Kostendruck und präzise Fertigungsabläufe zählen heute zu den schwierigsten Hürden im Getriebebau. Und sie werden sogar noch schwerer zu nehmen sein, denn die Veränderungen in der Automobilindustrie betreffen gerade diesen Bereich besonders. Es gilt die Herausforderung, künftig deutlich mehr Getriebevarianten herzustellen. Wie begegnen Unternehmen dieser Herausforderung nun? Eine gute Antwort kann der Maschinenbauer Emag aus Salach mit einer neu entwickelten Baureihe von hybrid konzipierten Maschinen geben. Denn deren große Stärke ist, dass sie aufgrund der Kombination aus Schleifen und Drehen (plus weiterer Verfahren) und inklusive Automation zahlreiche Fertigungsmöglichkteiten gestatten. Damit lässt sich quasi die vollständige spanende Bearbeitung von Getriebebauteilen lässt abbilden.

Inzwischen hat Emag noch eine weitere Maschine im Portfolio, die zum einen größer ist und für Bauteile bis zu 350 Millimeter Durchmesser ausgelegt ist Zum anderen gibt es erstmals die Option, eine Schleifspindel mit NC-Schwenkachse zu integrieren. Sie kann dann beispielsweise einen zylindrischen Schleifkörper tragen, mit dem sich innen liegende Bohrungen schleifen lassen. Emag hat nach eigener Aussage unter anderem Herstellungsprozesse mit kleineren Losgrößen im Blick, bei denen es zwangsläufig zu vielen Umrüstprozessen kommt. Denn in so einem Anwendungsfall ist es von Vorteil, wenn die Maschine von vorneherein verschiedene Schleifspindeln beinhaltet. Dazu steht genügend Platz im Arbeitsraum zur Verfügung. Sie ist dann auf alle Aufgaben vorbereitet. Folglich kann in der Werkzeugmaschine die klassische Hartbearbeitung von Getrieberädern und vielen weiteren Futterteilen mit Innenkegeln erfolgen. Das Machbarkeitsspektrum reicht dann vom Hartdrehen der Planflächen über das Vordrehen der Bohrung und des äußeren Synchronkegels bis hin zum Fertigschleifen dieser Konturen. Emag steht auf der Grindinghub natürlich mit dem passenden Know-how parat.

Bessere Oberflächen für additiv gefertigte Bauteile

Der Vormarsch additiver Fertigungsverfahren scheint unaufhaltsam, denn sie überzeugen durch eine Palette von Vorteilen. Außer Produktivitätsgewinnen, weil teure und komplizierte Werkzeuge obsolet sind, bestechen generative Fertigungsverfahren durch die konturflexible Produktion, die große geometrische Gestaltungsvielfalt erlaubt. Das sind die Argumente, dass sich inzwischen auch kleine bis mittlere Stückzahlen mit industriellem 3D-Druck umsetzen lassen. Allerdings müssen die Bauteile in der Regel nachbearbeitet werden. Je nach Bauteil und Prozess gilt es nämlich, mögliche Hilfs- und Stützstrukturen des additiven Verfahrens zu entfernen. Sonst müssen Oberflächenbearbeitungen wie Fräsen, Schleifen oder Superfinish und eine Bauteilkontrolle vorgenommen werden. Weitere Abläufe wie das Reinigen und Markieren von Bauteilen gehören auch dazu, wie das gesamte Handling inklusive Sortierung und Verpackung.

Für mehr Effizienz ist es allerdings notwendig, sowohl die additive als auch die übliche Fertigung als hybrides System zu erfassen. Schon beim Bestimmen des 3D-Modells müssen die Bedürfnisse der Nachbearbeitung berücksichtigt werden. Denn zu viel Materialauftrag führt zu Mehrkosten und zu wenig macht die Nachbearbeitung des Werkstücks schwierig bis unmöglich. Im Idealfall findet eine direkte Datenintegration entlang der Prozesskette statt. In der Praxis heißt das, dass die Prozesse präzise aufeinander abgestimmt sind und ohne weiteres Werkstückhandling durchgeführt werden. Robotergestützte und automatisierte Systeme wie die neue Fertigungszelle für die automatisierte Oberflächenbearbeitungen von Supfina Grieshaber aus Wolfach setzen nun genau hier an. In nur einer Aufspannung lassen sich damit Prozesse flexibel kombinieren und nahtlos in die Produktion integrieren. Das führt sowohl zu einer hohen Oberflächentreue als auch zu verbesserter Wirtschaftlichkeit. Über das Thema reden die Schwarzwälder Spezialisten als Aussteller gerne auch im Mai auf der Messe.

Produktivere Werkzeugherstellung durch Kombinationsbearbeitung

Die Entwicklung von immer komplexeren und präziser arbeitenden Werkzeugen aus unterschiedlichen Materialien stellt eine herrschende Herausforderung für den Bau von Werkzeugschleifmaschinen dar. Denn nicht alle Materialien oder Kombinationen davon lassen sich durch Schleifen final bearbeiten, weiß erklärt Walter Maschinenbau aus Tübingen. Dabei sind also auch Verfahren nötig, wie das Erodieren oder die Laserbearbeitung, inklusive Messtechnik. Walter und auch das Unternehmen Ewag bieten deshalb als System- und Prozessspezialisten die für jeden Werkzeug-Bearbeitungsfall passende Anlage, was natürlich auch im Rahmen der Grindinghub demonstriert wird.

Der Fertigungsprozess eines PKD-Fräswerkzeugs etwa (PKD heißt, bestückt mit polykristallinem Diamant) basiert auf mehreren Schritten. Hierbei wird ein gesintertes Hartmetall-Werkzeug zunächst rundgeschliffen. Dann erfolgt das Schleifen der Spanräume. Um diese Arbeitsschritte effizient durchzuführen, ist eine Maschine mit hoher Spindelleistung notwendig. Der nächste Schritt betrifft das Schleifen von Plattensitzen in den Hartmetallkörpern. Anders als zu Beginn, geht das hier wegen der kleinen Schleifstifte nur mit einer hohen Drehzahl. Dann käme zwar das Löten an die Reihe, doch ist zunächst zu kontrollieren, ob die Toleranzen bei den Schleifvorgängen eingehalten worden sind. Dies geschieht idealerweise auf einer automatischen CNC-Messmaschine. Als nächster Schritt sollten die vorab aus einem PKD-Rondell ausgeschnittenen PKD-Platten in die Plattensitze gelötet werden. Hierbei wird der polykristalline Diamant kurzzeitig fast bis an seine Graphitisierungstemperatur erhitzt, was zwischen 1200 und 1500 Grad Celsius geschieht. Danach muss das Werkzeug gereinigt und entschieden werden, welcher Prozess für das Bearbeiten des PKD infrage kommt. Hier kann eine Kombinationsbearbeitung mit verschiedenen Verfahren, zum Beispiel Schleifen und Erodieren, deutliche Vorteile bringen. Abschließend erfolgt eine erneute Messung im Rahmen der Qualitätskontrolle.

Schneller, wirtschaftlicher und hochwertiger fertigen

Die Kombination von Fertigungsprozessen eröffnet neue Potenziale in der Produktion. Das klassische Ziel bei der hauptzeitparallelen Bearbeitung eines Werkstücks innerhalb einer Maschine, die beispielsweise über mehrere Spindeln verfügt, ist es, die Zykluszeit so kurz wie möglich zu machen. Grundsätzlich sind die dafür erforderlichen Maschinen jedoch relativ teuer und aufgrund der geringen Anwendungsflexibilität nur für große Stückzahlen wirtschaftlich. Doch die Hybridbearbeitung auf einer Maschine kann auch dabei sowohl zur Steigerung von Qualität, Produktivität und Prozesssicherheit beitragen, weil weniger Fehler durch das Spannen sowie den Transport von Bauteilen auftreten.

Außer einer Kombination aus Schleifmethoden und trennenden Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide ist auch das Zusammenspiel unterschiedlicher Schleifverfahren innerhalb einer Maschine höchst sinnvoll. Denn bei Verzahnungen wird beispielsweise die Bearbeitung durch spezielle Finishingverfahren zunehmend innerhalb der Schleifmaschine durchgeführt. Für das Finishing sind bislang oft zusätzliche Anlagen, etwa für das Gleitschleifen notwendig, die häufig nur bei externen Dienstleistern zur Verfügung parat stehen.

Bei der Herstellung von Verzahnungen in der Automobilindustrie etwa fand laut Aussage des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK aus Berlin aus Kostengründen bisher nur selten eine Nachbearbeitung statt. Aber dabei kommen nun immer mehr hybride Werkzeugkonzepte zum Einsatz, mit denen sich sowohl Schleif- als auch Finishing-Porzesse durchführen lassen. Auch die Forschung wird deshalb auf der Grindinghub 2022 ihren Auftritt haben.

Mit hybriden Prozessen einfacher zum Digitalen Zwilling

Durch hybride Herstellungsabläufe lassen sich auch Informationen und Daten über die Bearbeitung besser verknüpfen, was der Digitalisierung und Vernetzung dienlich ist. Leitztere ist vor dem Hintergrund der Erstellung digitaler Zwillinge von Fertigungsprozessen sowie des produzierten Bauteils hilfreich, um die Aussagekraft mithilfe von Modellen und Simulationen zu verbessern und die Prozessführung sowie die Werkzeuge zu optimieren, erläutert Prof. Eckart Uhlmann vom Fraunhofer-IPK. Außer hochspezialisierten Maschinen für die Kombinationsbearbeitung wird zunehmend auch auf universelle Systeme gesetzt, um beispielsweise herkömmliche Schleifmaschinen mittels hybrider Werkzeuge zur Kombinationsmaschine zu machen, merkt der Experte an. Bei hybriden Bearbeitungsabläufen sind die Prozessdaten und deren automatisierte Interpretation nämlich essenziell, um die Prozessführung in Abhängigkeit des jeweiligen Ausgangszustands für jeden Bearbeitungsschritt zu definieren. Auch über dieses Thema kann man sich auf der Grindinghub in Stuttgart ein Bild machen.

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