Mikrozerspanung bei PräWeba mit Werkzeugen von Hufschmied

Deutliche Verbesserung der Standzeiten

Die PräWeba Gravier- und HSC-Technik GmbH ist ein Unternehmen, das sich auf anspruchsvolle Gravuren und Fräsarbeiten spezialisiert hat. Besonders im Bereich der Prägewalzen hatte man schon länger versucht, Prozesse und Kosten zu optimieren. Jetzt gelang mit individuell entwickelten Werkzeugen der Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH ein Durchbruch.

Prägewalzen sind anspruchsvolle Werkstücke. Schon geringe Abnutzung der Werkzeuge erzeugt Fehler, die nachbearbeitet werden müssen.

Prägewalzen sind anspruchsvolle Werkstücke. Schon geringe Abnutzung der Werkzeuge erzeugt Fehler, die nachbearbeitet werden müssen. Bildquelle: PräWeba Gravier- und HSC-Technik GmbH

Ob Formenbau mit Beschriftung oder Fertigung kleinerer Bauteile – die PräWeba ist ein vielseitiger Dienstleister, doch auf eines hat sich das 1996 gegründete Unternehmen in den letzten Jahren besonders spezialisiert: Rundgravuren in hoher Präzision und feinen Strukturen vornehmlich in Einzel- aber auch in Serienfertigung. Insbesondere Prägewalzen, wie man sie zur Strukturierung und Texturierung von Oberflächen verwendet, stellen in der Herstellung hohe Anforderungen. Der Grund: In hartem Material bis 52 HRC müssen winzige Strukturen mit maximaler Wiederholgenauigkeit erzeugt werden – die Toleranzen liegen bei den anspruchsvollen Prägewalzen, die PräWeba für verschiedene Kunden herstellt, bei etwa 10 µm. Zwanzig bis vierzig Stunden werden solche Walzen auf den CNC-Graviermaschinen bei PräWeba bearbeitet. Immer wieder suchte der Gravurenspezialist nach Wegen, Kosten und Prozesse zu optimieren. Doch gelten bei der Bearbeitung kleiner Strukturen andere Gesetze als sonst in der automatisierten Zerspanung.

Die Toleranzen liegen bei den anspruchsvollen Prägewalzen, die PräWeba für verschiedene Kunden herstellt, bei etwa 10 µm.

Die Toleranzen liegen bei den anspruchsvollen Prägewalzen, die PräWeba für verschiedene Kunden herstellt, bei etwa 10 µm. Bildquelle: PräWeba Gravier- und HSC-Technik GmbH

So sind in aller Regel bei einer werkstoff- und prozessoptimierten Zerspanung Maschinenlaufzeiten oder die Gesamtfertigungsdauer die wirtschaftlich attraktivsten Hebel für Verbesserungen. Bei Werkstücken, die viele Stunden oder sogar Tage bearbeitet werden, lässt sich normalerweise viel über optimierte und beschleunigte Werkzeugwege erreichen. Auch Spezialwerkzeuge und optimierte Schruppstrategien, die das Abtragen größerer Spanvolumen pro Zeiteinheit erlauben, sind häufig verfolgte Ansätze. Bei der Mikrozerspanung ist allerdings das Volumen des abzutragenden Materials extrem gering und die Wege im Material sind äußerst kurz. Werkstücke wie Prägewalzen werden viele Stunden lang bearbeitet. Aber dabei werden nur vergleichsweise winzige Konturen erzeugt und die Länge der Werkzeugwege spielt daher nur eine geringe Rolle. Auf wenigen Millimetern Strecke in speziell gehärtetem Stahl fallen höhere Vorschübe nicht ins Gewicht, es lässt sich kaum eine Zeitersparnis einfahren. Auch das Spanvolumen ist hier kein Thema.

An den Werkzeugstandzeiten ansetzen

„Die Herausforderung bei uns ist eine andere: Bei einer Mikrozerspanung mit höchsten Ansprüchen an die Wiederholgenauigkeit macht sich bereits eine nur mäßige Abnutzung des Werkzeugs bemerkbar. Wird das Werkzeug dann gewechselt, erhält man sichtbare Unterschiede in den Strukturen“, erläutert Sascha Wedemeyer, Anwendungstechniker bei PräWeba. „Diese Stufen müssen wir in der Nachbearbeitung herauspolieren. Um das zu vermeiden, müssen wir bei den Werkzeugstandzeiten ansetzen.“ Tatsächlich hatten sich bereits mehrere Werkzeuglieferanten dieser Herausforderung angenommen – mit mäßigem Erfolg. Als dann ein Vertreter des schwäbischen Werkzeugherstellers Hufschmied aus Bobingen nahe Augsburg bei dem Gravurenspezialisten in Bad Lauterberg im Harz vorsprach, war man entsprechend skeptisch. Doch das Hufschmied-Team sollte seine Chance zur Optimierung bekommen. „Wir bekamen die Gelegenheit, uns mit diesen speziellen Werkstücken zu beschäftigen und erfuhren, wo bisher die Probleme lagen“, sagt Dennis Rathmann, technischer Berater bei Hufschmied.

Die Skepsis gegenüber den Zusagen von Werkzeugherstellern wurde nachvollziehbar: Die Standzeiten der bisher eingesetzten Werkzeuge schwankten stark, selbst bei Werkzeugen vom gleichen Hersteller. Offensichtlich gab es Variationen in der Güte von Material und Beschichtungen, aus dem die Werkzeuge hergestellt wurden. Die Folgen für den Prozess bei PräWeba: Um die Wiederholgenauigkeit trotz der schwer kalkulierbaren Qualitätsschwankungen bei den einzelnen Werkzeugen sicherstellen zu können, hielt man bei den Standzeiten der Werkzeuge großzügige Sicherheitspuffer ein. So waren bei einigen der Prägewalzen vier bis fünf Werkzeugwechsel nötig, um auf der sicheren Seite zu sein und hinterher nicht oder nur in einem tolerablen Ausmaß nachpolieren zu müssen.

Gleichbleibend gutes Material

Die Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH stellt Werkzeuge in einem eigenen Werk auf der schwäbischen Alb her. Der Vorteil der Eigenfertigung: Von Materialzertifizierung und -prüfung über jeden Fertigungsschritt bis zur Auslieferung des Werkzeugs haben die Werkzeugspezialisten volle Kontrolle über den gesamten Fertigungsprozess. Die Bobinger waren sich sicher, mit gleichbleibender Qualität und zuverlässigen Standzeiten überzeugen zu können. Doch nun galt es, Werkzeuge zu entwerfen, die optimal die Mikrozerspanung gehärteten Stahls unterstützen. Wie bei der Entwicklung anwendungsspezifischer Werkzeuge üblich ging man von geeigneten Werkzeugen aus dem Standardportfolio aus, um sich dann der idealen Lösung anzunähern. In diesem Fall war das – schließlich ging es um Werkstücke aus 52 HRC gehärtetem Stahl – die „Hard-Line“, eine Produktreihe mit beschichteten Hartmetallwerkzeugen für einen Bearbeitungsbereich bis 72 HRC. Tatsächlich zeigte sich, dass ein Fräser des Programms bereits hervorragend für das Schruppen geeignet war: ein Kugelfräser mit zwei Schneiden und einem Durchmesser von 2 mm.

Im Einsatz: ein kurzschaftiger Hartmetallfräser von Hufschmied – speziell für die Mikrozerspanung bei PräWeba entwickelt

Im Einsatz: ein kurzschaftiger Hartmetallfräser von Hufschmied – speziell für die Mikrozerspanung bei PräWeba entwickelt. Bildquelle: PräWeba Gravier- und HSC-Technik GmbH

Schneidengeometrie und Beschichtung

Bei der Entwicklung der weiteren Werkzeuge für die Prägewalzengravur war ein Parameter klar: Kurzschaftige Fräser reichen für die feinen Strukturen aus und bieten zugleich den Vorteil, vibrationsarm zu sein. Die weiteren Anpassungen waren weniger offensichtlich. So wurden passend zum Material die Schneidengeometrien verändert. Neben der exakten Definition des Vollhartmetallmaterials und der Schleifanweisungen erfassten die Anpassungen auch die Vorbehandlung und Beschichtung der Fräser. Das Werkzeugset, mit dem man PräWeba überzeugen konnte, besteht nun neben dem genannten Standardkugelfräser aus einem Schaftfräser mit dem Durchmesser von 1 mm und zwei Schneiden. Als Schlichtwerkzeuge für die Gravuren kommen zwei Kugelfräser mit den Durchmessern 0,4 und 0,8 mm zum Einsatz. Mit dem Werkzeugset lassen sich die Walzenpaare – beim Prägen und Gravieren wird das zu prägende Material durch zwei Walzen geführt, eine mit positiven und eine mit exakt passenden negativen Strukturen – deutlich effizienter schruppen und schlichten.

„Wir sind höchst zufrieden mit dem Ergebnis und haben auf die Hufschmied-Spezialwerkzeuge umgestellt. Jetzt kommen wir bei aufwendigen Prägewalzen mit zwei Werkzeugwechseln aus, wo wir früher vier bis fünf einplanen mussten. Insgesamt konnte Hufschmied Standzeiterhöhungen zwischen Faktor 2,5 und vier erreichen – bei gleichbleibender Qualität“, freut sich Rolf Stilzebach, Geschäftsführender Gesellschafter der PräWeba GmbH. „Die Spezialwerkzeuge haben sich bei uns über die höheren Standzeiten und die Reduzierung der Nacharbeiten schnell gerechnet.“

Autor: Ralph Hufschmied, Geschäftsführer bei Hufschmied Zerspanungssysteme

Der HHF646 Hochvorschubfräser (Mitte) ist in enger Abstimmung mit dem Substrathersteller und durch seine variable Schneidengeometrie speziell auf die Bedürfnisse der Hartzerspanung abgestimmt worden. Dies gilt ebenso  für die Beschichtung, die einen sehr geringen Reibungskoeffizienten gegen Stahl aufweist. So wird die Wärme in den Span transferiert und gleichzeitig das Werkzeug lange vor Kolkverschleiß geschützt.

Der HC632-Schlichfräser (links) als zweischneidiger und der HC644 (rechts) als vierschneidiger Schlichtfräser sind speziell zum Schlichten von harten Materialien konzipiert worden. Neben einem speziellen, für die Schlichtbearbeitung ausgelegten Hartmetallsubstrat verfügen diese Werkzeuge über eine für das Schlichten ausgelegte Mikrogeometrie an der Schneidkante, damit die feinen Schlichtspäne eine möglichst hohe Spanabflussgeschwindigkeit erreichen können.

 

Mehr aus unserer Material Welt