Fräsen Vollhartmetall-Fräser reduziert die Bearbeitungszeiten

Um ihre marktführende Position bei Getränkeabfüll- und Verpackungsanlagen zu behaupten, arbeitet die Krones AG kontiniuerlich an der Optimierung der Produktionsprozesse und der Senkung

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

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Um ihre marktführende Position bei Getränkeabfüll- und Verpackungsanlagen zu behaupten, arbeitet die Krones AG kontiniuerlich an der Optimierung der Produktionsprozesse und der Senkung der Fertigungskosten. In der Zerspanung setzt das Unternehmen seit mehr als 20 Jahren auf die Beratung der Hoffmann Group und die Werkzeuge von Garant.

Durch den Einsatz eines Vollhartmetall-Fräsers konnte Krones am Standort Nittenau die Bearbeitungszeiten für das Herstellen einer Steuerkurve erheblich reduzieren – und das bei schwierig zu zerspanendem vorvergütetem Werkzeugstahl. Das Unternehmen produziert jetzt pro Schicht sechs dieser Werkstücke, während vorher im gleichen Zeitraum nur zwei hergestellt werden konnten.

Steuerkurve für Abfüll- und Verpackungsmaschinen

Ziel war es, die Herstellung einer Steuerkurve zu optimieren. Dieses Werkstück ist Kern nahezu jeder von Krones produzierten Abfüll- und Verpackungsmaschine und wird daher in hohen Stückzahlen produziert. Mit Hilfe eines Kugellagers steuert das Werkstück beispielsweise den mechanischen Prozess in Abfüll- und Verschließmaschinen.

Es besteht aus einer Kurvenscheibe, in die eine 30 mm × 15 mm große Nut mit einem Eckenradius von 1 mm gefräst wird. Diese Nut dient später zur Aufnahme einer Kurvenrolle. Daher muss sie eine sehr hohe Oberflächengüte besitzen. Denn je homogener die Oberfläche der Nut, desto größer später die Laufruhe der Kurvenrolle.

Sämtliche von Krones produzierten Anlagen müssen den Vorschriften der Lebensmittelbranche entsprechen. Das heißt, es müssen rostfreie und chemiekalienresistente Metalle eingesetzt werden. Für die Steuerkurve verwendet Krones den vorvergüteten Werkzeugstahl 42CrMoS4 Extra. Dieser wird nach der Bearbeitung nitriert.

Spezielle Legierung ist schwer zerspanbar

Durch die spezielle Legierung aus Chrom und Molybdän ist der Werkstoff sehr fest und verzugsarm und daher nicht einfach zu zerspanen. Denn durch die besondere Legierung entsteht hoher Verschleiß an der Werkzeugschneide. Aufgrund seiner Festigkeit kommt der Werkstoff häufig im Maschinenbau zum Einsatz. Er lässt sich bereits im vorvergüteten Zustand einsetzen und ist zudem sehr gut nitrierbar.

Nötig war daher ein Werkzeug, das eine sehr große Prozesssicherheit garantiert, sehr hohe Standzeiten ermöglicht sowie die Bearbeitungszeit erheblich reduziert. Zusätzliche Herausforderung für die Zerspanung war die labile Aufspannung des Werkstückes. Aufgrund positiver Erfahrungen mit Garant-VHM-Fräsern und der Tatsache, dass Krones überwiegend rostfreie Stähle bearbeitet, fiel die Wahl auf den VHM-Schaftfräser Blauring in DIN-Standardlänge.

Die Hauptstärken des Fräsers liegen zum einen in der Bearbeitung rostfreier Stähle. Zum anderen verfügt er über eine hohe Standfestigkeit in der Bearbeitung hochfester Werkzeugstähle. Dieser Hochleistungsfräser im HPC-Zerspanungsbereich hat eine spezielle TiAlN-Beschichtung. Sie gewährleistet beispielsweise eine große Warmhärte, hohe Oxidationsbeständigkeit sowie eine geringe Wärmeleitfähigkeit.

Fräser hat ungleiche Zahnteilung

Größte Besonderheit des Werkzeuges ist seine Geometrie. Der 4-Schneider verfügt über eine ungleiche Zahnteilung sowie eine asymmetrische Spiralsteigung. Das heißt, die Spirale steigt nicht kontinuierlich, sondern variabel. Das führt dazu, dass der tangentiale Eingriffswinkel der Schneide in das Material sich ständig ändert. Dadurch wirken die Kräfte unsymmetrisch auf das Werkstück ein. Ergebnis ist eine hohe Schwingungsstabilität des Werkzeuges und damit ein vibrationsarmer und maschinenschonender Lauf. Dies führt insgesamt zu einer sehr hohen Genauigkeit beim Fräsen der Nut.

Spezielle Geometrie sorgt für Laufruhe

Bearbeitet wurde das Werkstück auf den Bearbeitungszentren Deckel DMC 125 und DMC 200. Zum Einsatz kam ein Schrumpfspannfutter, um den Rundlauf zu optimieren. Mit dem VHM-Schaftfräser hat Krones in nur 40 min das komplette Bearbeitungsprogramm absolviert. Der bisher für diesen Arbeitsgang eingesetzte Wendeplattenfräser benötigte dafür rund 145 min.

Um die ursprüngliche Bearbeitungszeit um fast drei Viertel zu reduzieren, mussten sämtliche Parameter ausgereizt werden. Beim Fräsen der Nut wurde die Maschine mit 2500 min–1 und einer Schnittgeschwindigkeit von 160 m/min gefahren. Es wurde mit einem Vorschub von 1000 bis 1200 mm/min und einem Zahnvorschub von 0,1 bis 0,2 mm gearbeitet.

Die durch den Garant-Schaftfräser verkürzte Bearbeitungszeit wirkt sich erheblich auf die gesamte Bearbeitungsdauer des Werkstückes aus: Während mit dem Wendeplattenfräser pro Schicht etwa zwei Steuerkurven gefertigt wurden, stellt Krones mit dem VHM-Fräser jetzt sechs Werkstücke pro Schicht her. Da die Steuerkurve in nahezu jeder Abfüll- und Verpackungsanlage zum Einsatz kommt, werden pro Monat sehr viele dieser Kurven benötigt.

Fertigungszeit um 100 min reduziert

Die um rund 100 min geringere Fertigungszeit pro Werkstück wirkt sich daher insgesamt sehr stark aus. Hinzu kommen Einsparungen bei Rüstzeiten und Werkzeugkosten. Denn gleichzeitig wurde die Standzeit des Werkzeuges im Vergleich zum vorher eingesetzten Wendeplattenfräser nahezu verdoppelt, auf jetzt 240 min. Ein zusätzlicher Vorteil liegt in der etwa sechsfachen Schnitttiefe.

Die Erwartungen von Krones an das Werkzeug wurden erfüllt. Angesichts des sehr engen Zeitplans bedeutet die Effizienzsteigerung um mehr als 200% eine erhebliche Optimierung des Fertigungsprozess. Aufgrund der positiven Erfahrungen plant das Unternehmen, bei anderen Maschinen die bisherigen Wendeplattenwerkzeuge durch VHM-Schaftfräser zu ersetzen.

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