Sandvik Coromant GC43: Effizienztreiber für das Drehen im Automobilbereich

Die Zerspanungszeit ist die einzige echte ‘Wertschöpfungszeit’ bei der Bearbeitung, und das insbesondere bei der Massenproduktion von Bauteilen – wie bei der Herstellung von Getrieben in der Automobilindustrie.

Die einzige echte „Wertschöpfungszeit“ bei der Bearbeitung ist die Zerspanungszeit, insbesondere bei einer großvolumigen Teileproduktion, wie z. B. der Herstellung von Kfz-Getrieben. Über alle Drehanwendungen hinweg sind die Optimierung und Automatisierung neben einer Effizienzsteigerung vorrangig. Die Haupttreiber dabei sind kürzere Zerspanungszeiten, weniger Werkzeugwechsel, stabilere Bearbeitungsprozesse und kürzere Maschinenausfallzeiten.

Neue Generationen an Schneidplattensorten aus beschichtetem Hartmetall sind echte Arbeitstiere für das umweltbewusste Drehen im Automobilbereich und sind Teil der Effizienztreiber. Innovative Platten-Beschichtungstechnologie, wie beispielsweise Inveio für den Schneidstoff GC4325 sowie Plattenherstellungsprozesse von Sandvik Coromant verschieben die Grenzen für diese Anwendungen.

Erreichen der richtigen Balance

Eine wirtschaftliche Standzeit ist die Basis für eine optimale Zerspanungszeit (Schnittdaten) und Werkzeugwechselhäufigkeit (Standzeit). Die Berechnung des entsprechenden Wertes, der auf den Kosten der Maschine pro Stunde beruht, ergibt einen guten Indikator der idealen Balance für eine Anwendung. Je höher der Stundensatz, desto kürzer die wirtschaftliche Standzeit (diese variiert beim Drehen von Kfz-Teilen oftmals zwischen 12 und 16 Minuten).

Zunehmend kürzere Zerspanungszeiten in Kombination mit ausreichender Standzeit und Prozesssicherheit erfordern ständige Verbesserungen – in erster Linie die Nutzung aller Vorteile, die aus den Entwicklungen in der Schneidwerkzeugtechnologie resultieren. Es ist unerlässlich, ständig neue Ebenen konstanter Leistungen beim Drehen von Stahl einzuführen sowie die vorhersagbare Standzeit bei höheren Schnittdaten zu verlängern.

Der P15-Bereich beim Drehen von Stahl erfordert einen optimierten Schneidstoff, der in der Lage ist, nicht nur höhere Schnittgeschwindigkeiten, sondern auch längere Standzeiten auszuhalten, sowie härtere Stahlsorten zu bearbeiten. Die neue Schneidstoffgeneration GC4315 widersteht höheren Temperaturen, bietet vorhersehbare Leistungen und Ergebnisse – und erhöht neben der Lebensdauer auch die Prozesssicherheit.

Die richtigen Werkzeugmaterialien

Schneidplattensorten aus beschichtetem Hartmetall waren für das umweltfreundliche Drehen im Automobilbereich bahnbrechend und gehören auch heute noch zu den Effizienztreibern. Eine innovative Plattenbeschichtungstechnologie und die verbesserten Herstellungsprozesse von Schneidplatten sind die Eckpfeiler der neuen Generationen von beschichteten Plattensorten für ISO P15 und P25. Damit wurde die durchschnittliche Produktivität beim Drehen im Automobilbereich um mehr als 30 Prozent gesteigert.

Ein Beispiel ist die Herstellung einer Antriebswelle aus Stahl, die mit einer Schnittgeschwindigkeit vc = 300 m/min, einem Vorschub f = 0,35 mm, einer Schnitttiefe ap = 0,5 mm, der Schneidplattentype DNMG einer Geometrie –PM gedreht wurde. Der vorangegangene Schneidstoff P25 (4225) bot eine zuverlässige Standzeit bis zu 30 Minuten für 115 Bauteile. Eine neue Sortengeneration P25 (GC4325) von Sandvik Coromant, die auf der neuesten Beschichtungstechnologie beruht, erhöhte die Standzeit auf mindestens 40 Minuten für 154 Bauteile – eine Steigerung um 33 Prozent. Schneidkantensicherheit und kürzere Maschinenausfallzeiten bedeuteten einen effizienteren Prozess mit einem Minimum an tiefgreifenden Veränderungen.

Kürzere Zerspanungszeiten in Kombination mit wirtschaftlicher Standzeit und Prozesssicherheit sind nur eine der ständigen Verbesserungen. Ausgenutzt werden dabei auch die Vorteile aus den Entwicklungen in der Schneidwerkzeugtechnologie. Die neue Generation der beschichteten Plattensorten GC4325 und GC4315 für das Drehen von Stahl sorgt für eine durchschnittliche Produktivitätssteigerung von mehr als 30 %.

Neue Technologien im Bereich Beschichtungswerkstoffe

Beim Beschichten von Wendeschneidplatten werden Schichten eines schützenden, abriebfesten Werkstoffs auf das Wendeplattensubstrat aufgebracht – normalerweise erfolgt dies durch chemische Dampfphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition = CVD). Die unter Einfluss bestimmter Prozessparameter eintretende Reaktion von gasförmigen Molekülen entscheidet über die Beschaffenheit der Beschichtung. Die wichtigsten Parameter sind dabei Temperatur, Druck, Gastype und -verhältnisse sowie die Oberfläche, auf der die Beschichtung aufgebracht werden soll. Die heutigen, optimierten Hightech-CVD-Prozesse begünstigen eine wirtschaftliche, konstante Massenproduktion von Wendeschneidplatten.

Bewährt als Werkstoff hat sich Aluminiumoxid (Al2O3), das in begrenztem Umfang in keramischen Wendeschneidplatten für Bearbeitungen von bestimmten Werkstückstoffen eingesetzt wird. Es besitzt eine hervorragende Wärmeisolierung und hohe chemische Beständigkeit, so dass es nicht sofort mit metallischen Werkstoffen reagiert. Es ist hart und extrem verschleißfest, aber als Masse relativ spröde. Da die Sprödigkeit bei der Beschichtung keine Rolle spielt, wird für die meisten Wendeschneidplatten bei der CVD-Beschichtung Aluminiumoxid gewählt. Die Beschichtung schützt das Substrat vor übermäßiger Hitze und ermöglicht so höhere Schnittdaten und längere Werkzeugstandzeiten. Sie verhindert außerdem chemische Reaktionen zwischen dem Hartmetallsubstrat und dem Werkstückstoff.

Die moderne Beschichtungstechnologie arbeitet mit Mehrfach-Beschichtungen. Die innere Schicht besteht meist aus Titankarbonitrid (TiCN), das sehr gut auf dem Substrat haftet und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist. Darauf wird eine Schicht aus Aluminiumoxid aufgebracht. Für die äußere Schicht wird Titaniumnitrid (TiN) verwendet, das nicht nur für eine geringere Reibung sorgt, sondern dessen goldene Farbe auch ein hervorragender Verschleißindikator ist.

Die Aluminiumoxidschicht besteht aus Kristallen, die ungefähr die Größe eines Mikrometers haben und die bei einer konventionellen Anwendung eine willkürliche Wachstumsrichtung aufweisen. Diese Kristallausrichtung hat einen beträchtlichen Einfluss auf die Eigenschaften der Beschichtung sowie die Leistung der Wendeschneidplatte. Durch Steuerung der Ausrichtung eines jeden Kristalls kann eine perfekte Beschichtung mit gleichmäßigen Eigenschaften erzielt werden.

Zur Minimierung der Ausfallzeiten sorgen Schnellwechselkonzepte für Werkzeuge als Effizienztreiber in Drehmaschinen, die bei der Zerspanung großer Volumina in Betracht gezogen werden. Egal ob manueller oder mechanischer Wechsel, basierend auf der ISO26623 genormten Coromant Capto Kupplung sind beide Arten für die meisten Maschinenmodelle verfügbar. Diese machen den großen Unterschied aus, wie viele Teile mit der verfügbaren Zeit in einer Maschine produziert werden.

Absolute Hightech-Ausrichtung

Derzeit stellt die als Inveio™ bekannt gewordene Technologie von Sandvik Coromant einen größen Durchbruch bei der Steuerung der Kristallausrichtung dar. Sie basiert auf einer Feinabstimmung der im CVD-Prozess verwendeten Aluminiumoxidkristalle. Die Beschichtung aus dicht gepackten, einheitlich ausgerichteten Kristallen schafft eine völlig neue Wendeplattenoberfläche. Die bei der Zerspanung entstehende Wärme wird besser und über einen größeren Bereich verteilt, was zu einer Senkung der Temperatur führt. Ein weiterer Vorteil ist die Auswirkung auf die Rissausbreitung in der Beschichtung. Risse breiten sich nicht nach innen in das Material, sondern eher über die Oberfläche aus.

Die neue Technologie hat zu zwei besonderen Schneidstoffen zum Drehen von Stahl, den Sorten GC4325 und GC4315, geführt, wobei die eine vorzugsweise im Bereich P25 und die andere im Bereich P15 eingesetzt werden kann. Letztere ist speziell für das Drehen im Automobilsektor geeignet.

Breites Einsatzgebiet

Die P25-Sorte ist eine Sorte der ersten Wahl für viele Drehanwendungen im Stahl-Bereich. Das Einsatzgebiet der Sorte über unterschiedlichste Bearbeitungsbedingungen sowie Stahlsorten hinweg ist in Kombination mit dem Leistungspotenzial und der Schneidkantensicherheit sehr breit. Die Suche nach der richtigen Schneidplatte, die bei fast jeder Stahlsorte immer dieselbe Standzeit hat, ist einfacher und weniger riskant geworden.

Ein typisches Beispiel für die neue P25-Sorte ist das axiale und radiale Drehen auf einer Achse mit einer Eingriffszeit von bis zu 20 Sekunden in niedrig legiertem Stahl bei einer Schnittgeschwindigkeit vc = 250 m/min. Die höhere Schneidkantensicherheit erhöht dabei – verglichen mit bestehenden Lösungen – oftmals die Standzeit um das Dreifache und verfügt darüber hinaus noch über das Potenzial, bei höherer Drehzahl für höchste Effizienz und Funktionalität zu sorgen.

Die optimierte P15-Sorte kann bei höheren Schnittgeschwindigkeiten und längeren Eingriffszeiten eingesetzt werden und ist auch in der Lage, härtere Stahlsorten zu bearbeiten. Der Schneidstoff widersteht höheren Temperaturen und sorgt für besser kalkulierbare Leistungen und Ergebnisse. Unkontrollierbare Verschleißarten – z. B. Neigung zu plastischer Verformung der Schneidkante – werden eliminiert. Richtig eingesetzt, erhöht die neue P15-Sorte die Lebensdauer und Sicherheit dank einer höheren Wärmefestigkeit beträchtlich.

Die neue P15-Sorte kann beispielsweise bei der Bearbeitung einer Welle aus kaltgezogenem Stahl mit einer Härte von 200 HB um 75 Prozent länger zerspanen als der neue P25-Schneidstoff, bei dem die Eingriffszeit etwas mehr als eine Minute betrug. Und auch hier ist dank einer verbesserten Balance bei höherer Schnittgeschwindigkeit (420 m/min) und verlängerter Standzeit ein Produktivitätsschub zu verzeichnen.

Schneller Werkzeugwechsel als Effizienztreiber

Wie Werkzeuge gehalten und ausgewechselt werden, kann ebenso die Produktivität beeinflussen. Aus diesem Grund müssen viele Hersteller der Automobilindustrie die Möglichkeiten prüfen, welche neuen Technologien die Werkzeugsysteme bieten, um Ausfallzeiten zu minimieren.

Dabei sollten Schnellwechselkonzepte als Effizienztreiber für Drehmaschinen auf jeden Fall in Betracht gezogen werden. Egal, ob manueller oder mechanischer Wechsel – beide Arten sind für die meisten Maschinenmodelle ohne Weiteres verfügbar und machen den großen Unterschied zum Anteil an verfügbarer Zeit, in der eine Maschine Teile produziert, aus.

Ein Werkzeugwechsel mithilfe eines Schnellwechselsystems Polygon-Kupplungsschnittstelle nach ISO-26623 in Form von Coromant Capto® verringert die Zeiten für Vermessung, Einrichtung und Werkzeugwechsel während der gesamten Bearbeitung und schafft somit zusätzliche Zerspanungszeit. Auch der Einsatz von innerer Kühlschmierstoffzufuhr stellt sicher, die geforderte Präzision und die volle Leistungsfähigkeit der Maschine zu gewährleisten. Der richtige Kühlschmierstoffdruck sorgt für verbesserte Spankontrolle sowie einen besseren Spantransport – was mehr „Wertschöpfungszeit“ bedeutet.

www.sandvik.coromant.com/at