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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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