Dynamisches Planfräsen mit Semistandard-Hochvorschubfräser MILL4FEED von Iscar

Ein Semistandard-Wendeplattenfräser von Iscar, aufbauend auf dem Hochvorschubfräser MILL4FEED Ø 80 mm, konnte die Produktivität bei der Flachzapfenbearbeitung von Arbeitswalzen für die Stahlverformung bei ESW um das 2,5-Fache steigern. (Alle Bilder: x-technik)

Das Eisenwerk Sulzau-Werfen (ESW) zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Arbeitswalzen für die Stahlverformung. „ESW-Walzen werden in einer breiten Palette für präzise Anforderungen hergestellt, insbesondere für Grobblech, Steckelgerüste, Warmbandstraßen sowie CSP (Compact Strip Production)-Anlagen“, weiß Raphael Vorderleitner, stv. Betriebsleiter Dreherei bei ESW. Kunden sind alle Stahlwerke, die warm-flach-gewalzten Bandstahl herstellen und diese kommen zu je einem Drittel aus Europa, Nordamerika sowie dem Rest der Welt. Die in Salzburg hergestellten Walzwerkswalzen werden für bestehende Walzstraßen als Ersatzwerkzeuge und für neu errichtete Walzstraßen zur Erstausrüstung verwendet.

Zur wirtschaftlichen und exakten Komplettbearbeitung der Stahlwerkswalzen setzt ESW unter anderem auf Dreh-Fräs-Bohr-Komplettbearbeitungszentren von WFL.

Werkzeug im Einsatz

• MILL4FEED mit Ø 80 mm von Iscar (Semistandard)
• Wendeplatte: FFQ4 SOMT 170625T in Sonderanstellung
• Sechs Zähne zu je vier Schneidkanten
• Schneidstoff: IC810

• Spindel: 750 min⁻¹, 55 kW
• Vc = 190 m/min
• ap = 6,0 mm
• fu = 5,4 mm/U
• Q = 1.300 cm³/min

Hohe Fertigungstiefe sichert Hightech-Qualität

Durch die Fertigung nach international verbindlichen Standards wie ISO 9001 werden bei ESW höchste Qualität und effiziente Produktionsprozesse sichergestellt. „Unsere Walzen werden aus über 50 verschiedenen Legierungen hergestellt. Nach eigenen Rezepturen werden dabei Roheisen, hohe Anteile an spezifischen Legierungselementen sowie sorgfältig sortiertes Rücklaufmaterial erschmolzen und vergossen“, geht Vorderleitner auf die hohe Materialkompetenz der Salzburger ein. In Summe werden pro Jahr 2.100 Walzen mit einem Gesamtgewicht von 22.000 Tonnen, in Bereichen von 3,5 bis 45 Tonnen sowie Längen von bis zu 10.000 mm und Durchmessern bis zu 1.500 mm, hergestellt.

Die Herstellung von Hightech-Verbundgusswalzen mit dem von ESW entwickelten horizontalen Schleudergussverfahren ermöglicht die effektive Nutzung verschiedenster Legierungen. Dadurch kann ESW den Mantel (Anm.: Material wird nicht bekanntgegeben) bzw. den Kern (Anm.: aus anspruchsvollem Sphäroguss) jeder Walze mit unterschiedlichen Materialeigenschaften versehen. Die gussrohen Walzen werden anschließend in computergesteuerten, elektrischen Glühöfen bis zu sechs Wochen weiterbehandelt und erhalten dadurch ihre kundenspezifischen Eigenschaften.

Bestückt ist der Fräser mit sechs vierschneidigen Wendeplatten FFQ4 SOMT 170625T aus dem Schneidstoff IC810 in Sonderanstellung.

Anspruchsvolle mechanische Bearbeitung

Die endgültige Oberflächengüte erhalten die Walzen durch mechanische Bearbeitung. „Wir liefern unsere Walzen allesamt einbaufertig an unsere Kunden aus. Das zumeist schwer zu zerspannende und karbidhaltige Material (Anm.: hängt stark vom Walzentyp ab) stellt für die Zerspanung eine große Herausforderung dar“, zeigt Vorderleitner die besondere Bedeutung seiner Abteilung auf. „Anfallende Späne und Zapfenabstiche – rund 25 % vom Gesamtgewicht – werden sortengetrennt in den Schmelzbetrieb rückgeführt. Dadurch erzielen wir ein sehr geringe Abfallmenge von unter 10 kg pro produzierter Tonne“, so Vorderleitner weiter.

Die Maßgenauigkeit der fertigen Walzen grenzt an 1/1.000 mm heran – Rundlauftoleranzen im Durchmesser liegen im Bereich von 0,01 mm; die Oberflächengüte liegt bei bis zu Ra = 0,4 µm. „Zur wirtschaftlichen und exakten Komplettbearbeitung unserer Walzen vor dem Schleifen setzen wir unter anderem auf Dreh-Fräs-Bohr-Komplettbearbeitungszentren von WFL“, geht Vorderleitner auf den hochwertigen Maschinenpark ein. Damit kann man im Schnitt pro Schicht und Bearbeitungszentrum – bei ESW wird rund um die Uhr produziert – eine Walze fertig zerspanen. Programmiert und simuliert wird bei ESW übrigens seit drei Jahren mit TopSolid, betreut durch Evoltec.

Produktivitätserhöhung bei der Flachzapfenbearbeitung

In der Zerspanung hat man es je nach Walzentyp mit sehr unterschiedlichen Materialqualitäten zu tun. Die höchstlegierten Qualitäten kommen in den vordersten Gerüsten jedes Walzwerks zur Umformung des Walzguts zum Einsatz (Anm.: HSS-Walze). „Das ist das Spannende in der mechanischen Bearbeitung. Wir haben es hier nicht mit klassischen Gusswerkstoffen zu tun. Durch die Einlagerung von Carbiden sind unsere Qualitäten sehr verschleißfest und somit teils auch sehr, sehr schwer zu zerspanen. Da kann man in keinem Tabellenbuch nachsehen und auf klassische Vorschubwerte zurückgreifen“, bringt sich Andreas Feirer, zuständig für Anwendungstechnik und CAD/CAM bei ESW, ein.

Jede Walze besteht aus einem Walzenballen und hat an ihren beiden Enden je einen Zapfen zur Lagerung im Walzgerüst sowie für den Antrieb der Walze. Die sich verjüngenden Walzenzapfen (Flachzapfen) werden bei ESW durch einen Fräsprozess auf einer M120 Millturn von WFL hergestellt. „Speziell bei dieser Bearbeitung sahen wir noch sehr viel Potenzial“, betont Vorderleitner. Deshalb haben sich die Verantwortlichen bei ESW mit einer so detailliert wie möglichen Prozessausschreibung an acht unterschiedliche Werkzeuglieferanten gewandt. „Wir wollten alle unsere Vorzugslieferanten im Boot haben, um auch die maximale Produktivitätssteigerung erzielen zu können“, begründet der stv. Abteilungsleiter die breit angelegte Ausschreibung.

Learning by doing

Dabei hat man den Lieferanten bei der Auslegung des Fräswerkzeugs komplett freie Wahl gelassen. „Wir wussten zwar über einige Parameter des Gusswerkstoffes Bescheid – die Zerspanung hier unterscheidet sich jedoch massiv von anderen Bearbeitungen, da bei den Walzen verschiedenste Materialzusammensetzungen zu bearbeiten sind und uns zudem nicht alle Legierungsbestandteile bekannt sind. Somit mussten auch wir uns erst einmal herantasten“, geht Hannes Regenfelder-Davis, zuständiger Vertriebstechniker der Iscar Austria GmbH, auf die spezielle Herausforderung bei ESW ein.

Der erste Versuch von Iscar mit einem Standard-Planfräser war bereits erfolgreich, jedoch sah man Potential für weitere Optimierungen, da man durch den praktischen Einsatz sehr viel Erfahrung sammeln konnte. „Wir waren zwar fast 20 Prozent besser als mit dem bestehenden Werkzeug, jedoch war der Prozess noch nicht vollständig ausgereizt“, erinnert sich Daniel Kalajica, der das Projekt seitens Iscar Austria begleitet. „Es war eine spannende und anspruchsvolle Aufgabe, die hohen Erwartungen von ESW zu erfüllen“, ergänzt der Anwendungstechniker.

Das Projektteam bei Iscar Austria hat basierend auf den ersten Erfahrungen daher einen komplett neuen Weg eingeschlagen. „Es gab bei uns verschiedene Ansätze, wie wir die Produktivität der Anwendung weiter steigern können. Entschieden haben wir uns letztlich für einen Semistandard-Wendeplattenfräser, aufbauend auf dem Hochvorschubfräser MILL4FEED“, erinnert sich Regenfelder-Davis. Als Wendeplatte wird eine FFQ4 SOMT 170625T in Sonderanstellung eingesetzt, mit sechs Zähnen und je vier Schneidkanten. Die Wendeplatten sind dabei aus den TiAlN PVD-beschichteten Schneidstoffsorten IC810. „Bei unserer Auslegung handelt es sich jedoch um keine klassische Hochvorschubanwendung, sondern eher um einen dynamischen Planfräsvorgang“, geht Kalajica ins Bearbeitungsdetail und ergänzt: „Damit die Nebenzeiten so gering wie möglich sind, haben wir den Anstellwinkel der Wendeplatten so konzipiert, dass wir eine Schnitttiefe von 6,0 mm realisieren können. Auch der Werkzeugdurchmesser wurde mit 80 mm auf die Anwendung bei ESW optimiert, um ein Maximum an Zerspanungsleistung erzielen zu können und gleichzeitig die Maschinenachsen – insbesondere die B-Achse – möglichst zu schonen.“

Zeitspanvolumen ums 2,5-Fache gesteigert

Mit einer Schnittgeschwindigkeit von 190 m/min bei der angesprochenen Schnitttiefe von 6,0 mm konnte man das Zeitspanvolumen auf 1.300 cm³/min und somit um mehr als das 2,5-Fache gegenüber der Ausgangssituation steigern. „Iscar hat für diese Anwendung die für uns beste Lösung am Markt entwickelt – das können wir aufgrund der umfangreichen Testreihe definitiv belegen“, hebt Raphael Vorderleitner die Leistung des Iscar-Werkzeugs hervor und ergänzt: „Trotz kleinerem Durchmesser und somit mehr gefahrenen Bahnen als bei anderen Lösungen, konnte Iscar Austria durch höhere Zustellung, Schnittgeschwindigkeit sowie Vorschub pro Zahn die Produktivität deutlich steigern – Iscar hat hier das Optimum basierend auf der Motorkennlinie der M120 Millturn mit 55 kW und 730 Nm herausgeholt.“

Einer der Vorteile bei der Lösung von Iscar liege, so Vorderleitner, zudem bei der sehr stabilen, geraden Wendeschneidplatte FFQ4, die der Bearbeitung ein hohe Prozessstabilität und somit -sicherheit gibt. „In der Versuchsreihe mit 300 Wendeplatten hatten wir nicht einen Bruch!“, betont der stv. Abteilungsleiter. Die Standzeit der Wendeplatten ist aufgrund der unterschiedlichen Gussqualitäten ¬nicht definierbar – gewechselt wird daher bei einer X-Achsen-Belastung von 60 %.

Iscar als starker Partner

Als man bei ESW im Jahr 2006 begonnen hat, die Antriebszapfen mechanisch in dieser Form zu bearbeiten, musste man die Wendeplatten pro Seite bis zu 18-mal wechseln. Durch den prozessoptimierten Iscar-Planfräser ist dies beim schwersten zu bearbeitenden Werkstoff heute im Schnitt lediglich zweimal der Fall. Aufgrund des sehr viel höheren Zeitspanvolumens ist die Produktivität der Bearbeitung zudem um ein Vielfaches gestiegen.

Iscar ist bei ESW nicht erst seit diesem Projekt einer der wichtigsten Lieferanten von Zerspanungswerkzeugen. „Wir setzen Iscar-Werkzeuge seit vielen Jahren sowohl zum Drehen, Stechen, Bohren und – wie das konkrete Beispiel beweist – auch zum Fräsen ein. Wir sind sowohl mit der Betreuung durch das Team als auch mit der Kompetenz im Beratungsprozess sehr zufrieden“, fasst Raphael Vorderleitner die Partnerschaft mit Iscar Austria zusammen.

Mit einem Augenzwinkern bemerkt er abschließend, dass es bei ESW jedoch für alle Lieferanten nötig ist, sich immer wieder aufs Neue zu beweisen. „Wir nehmen diese Challenge gerne an“, freut sich Hannes Regenfelder-Davis auf weitere Optimierungsprojekte.

Infos zum Anwender

Das Eisenwerk Sulzau-Werfen (ESW) wurde 1770 gegründet und zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Walzen für die Stahlverformung. ESW produziert rund 2.000 Walzen mit einem Fertiggewicht von bis zu 45 Tonnen pro Stück. Damit ist ESW einer der Weltmarktführer in diesem Segment. Einer der Schwerpunkte liegt im Bereich Investitionen in Forschung und Entwicklung, zudem gilt man als anerkannter Betrieb in Bezug auf Umweltverträglichkeit, Emissionsneutralität sowie Energie- und Rohstoffeffizienz. Mit 300 Mitarbeitern ist der Familienbetrieb einer der wichtigsten Arbeitgeber im Salzburger Pongau.

Kennzahlen per 31. Dezember 2021:

• Produktionskapazität: 22.500 Tonnen
• Nettoumsatz: 85,1 Mio. Euro
• Exportquote: 98 Prozent
• Beschäftigte: 300