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Verbessern Sie die Dimensionskontrolle, reduzieren Sie die Zykluszeit und erhöhen Sie die Produktionseffizienz
By Al Choiniere, COO of Superion, an Allied Machine & Engineering Firma
Das Kombinieren von Arbeitsgängen in einem einzigen Werkzeug ist ein bedeutender Trend, der sich in der Zerspanungsindustrie durchsetzt. Das Kombinieren von Zerspanungsoperationen reduziert die Kosten pro Bohrung, indem Werkzeugwechsel vermieden werden. Es verbessert die Produktionseffizienz und die Maschinenauslastung, was letztlich die Markteinführungsgeschwindigkeit der Hersteller erhöht. Das Einzige, was viele Hersteller davon abhält, Arbeitsgänge zu kombinieren, ist die Vorstellung, dass Stufenwerkzeuge viel teurer sind als Standardwerkzeuge. Tatsächlich lohnt sich der Einsatz allein schon wegen der Zykluszeiteinsparungen. Außerdem können kombinierte Stufenwerkzeuge werkseitig überholt werden, was die Kombination von Zerspanungsoperationen zu einem äußerst kosteneffizienten Vorschlag macht.
Alles dreht sich um Produktionseffizienz und Zykluszeitverkürzung
Eine effiziente Maschinenauslastung wirkt sich auf die Fähigkeit eines Unternehmens aus, seine Produkte schneller auf den Markt zu bringen - und die Geschwindigkeit der Markteinführung hat einen großen Einfluss auf das Endergebnis. Maschinen sind teuer und Arbeitskosten sind noch teurer, daher ist die maximale Ausnutzung dieser teuren Maschinen das A und O. Dies kann durch die Kombination von Arbeitsgängen in einem Schneidwerkzeug erreicht werden.
Die meisten Werkstätten haben einen Bediener, der mehrere Maschinen bedient. Je mehr Werkzeuge für einen Arbeitsgang verwendet werden, desto mehr Rüstzeit wird benötigt. Die Verwendung eines Werkzeugs anstelle von drei oder vier Werkzeugen reduziert diese Einrichtzeit und trägt damit zur Reduzierung der Zykluszeit bei. Außerdem wird dadurch der Bestand an verderblichen Werkzeugen verringert. Darüber hinaus werden durch die Kombination von Operationen mit einem Werkzeug die Abmessungen, Formen und Gestalten der Bohrungen kontrolliert. Sie gibt dem Anwender die Möglichkeit, kritische Toleranzen einzuhalten, was die Maßkontrolle und damit die Produktionskonsistenz verbessert.
Wer profitiert von kombinierten Bearbeitungen?
Typischerweise profitieren Werkstätten mit hoher Produktion, die sich wiederholende Arbeiten ausführen, am meisten von kombinierten Bearbeitungen. Kleinere Lohnfertiger, die nur wenige Teile fertigen oder Prototypen herstellen, profitieren nicht so sehr von kombinierten Bearbeitungen. Typischerweise verwendet ein Unternehmen mehrere Standardwerkzeuge für den Prototyp eines Teils, um seine Fähigkeit zur Herstellung des Teils zu demonstrieren. Während der Produktion würde man dann auf ein Werkzeug umsteigen, das so viele Operationen wie möglich ausführen kann.
Moderne Fertigungsbetriebe verwenden hauptsächlich CNC-Maschinen; die Kombination von Arbeitsgängen bedeutet, dass sie ein Werkzeug zum Bohren, Fasen, Hinterfasen und sogar zum Fräsen verwenden können. Das ist viel besser als eine Maschine, die nur eine Ein- und Ausfahrbewegung ausführen kann.
Die Kombination von Operationen in einer CNC-Maschine kann zum Beispiel die Kreisinterpolation erleichtern, bei der ein rotierendes Werkzeug entlang eines Kreisbogens folgen kann. Dies kann ein großer Vorteil sein, wenn eine Bohrung mit einer oberen und unteren Fase hergestellt werden soll. Das CNC-Werkzeug kann verwendet werden, um die obere Bohrung zu bohren und anzufasen und dann die Fase oder den Kantenbruch auf der Rückseite der Bohrung zirkular zu interpolieren - alles mit einem Werkzeug.
Ein weiterer Vorteil von Stufenwerkzeugen ist das Formen komplexer Formen, wie z. B. Hohlraumöffnungen, die mehrere in Radien verlaufende Winkel aufweisen. Der Endanwender kann alle Toleranzen im Werkzeug kontrollieren und muss die komplexen Informationen nicht in mehrere Werkzeuge programmieren, um dieselbe schwierige Form zu fertigen. Das bedeutet, dass es zu höherer Genauigkeit und schnellerer Produktion führt, während gleichzeitig die Konsistenz erhalten bleibt, besonders bei komplexen Formen.
Ein wichtiges Beispiel sind SAE- und/oder ISO-Hydraulikanschlüsse, die Formen mit mehreren Winkeln und Radien aufweisen, die alle ineinander gesteuert werden müssen. Diese Kombination von kritischen Merkmalen macht es schwierig, sie ohne Stufenwerkzeug zu fertigen. Mit kombinierten Werkzeugen kann der Anschluss vom Vollmaterial bis zum fertigen Anschluss in einem Schuss gebohrt werden. Dies kann eine erhebliche Zeitersparnis sein. Alle CNC-Maschinen verwenden Werkzeugwechsler, und der Wechsel von einem Werkzeug zum nächsten kann bis zu 10-30 Sekunden Zykluszeit in Anspruch nehmen - in Produktionsbetrieben zählt jede Sekunde.
Einzigartige Werkzeuge unterstützen die Weiterentwicklung von Rohstoffen.
Viele neue Werkzeuge werden entwickelt, um die jüngsten Fortschritte bei den Rohstoffen zu unterstützen, insbesondere für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie. Zum Beispiel werden Flugzeuge aus leichten, extrem starken Materialien wie kohlenstofffaserverstärktem Polymer (CFRP) und kohlenstofffaserverstärktem Thermoplast (CFRTP) hergestellt, die extrem abrasiv und schwer zu bearbeiten sind. Die Bearbeitung mit Hartmetallwerkzeugen ist zwar möglich, aber die Werkzeuge verschleißen sehr schnell. Dies hat zur Entwicklung von Werkzeugen aus polykristallinem Diamant (PKD) geführt, einem superharten Material mit vielen Vorteilen gegenüber Hartmetall allein.
Viele sind auf der Suche nach PKD-Stufenwerkzeugen, die Schrupp- und Schlichtbearbeitungen kombinieren können, so dass Anwender mit einem Werkzeug bohren, fräsen und reiben können. Die kombinierten PKD-Werkzeuge werden auch in der Automobilindustrie für abrasive hochsiliziumhaltige Alumina eingesetzt.
Kundenherausforderungen bei der Hartmetallbearbeitung mit Stufenwerkzeugen lösen
Hier sind zwei interessante Beispiele von echten Kunden, die von der Kombination von Arbeitsgängen in einem Stufenwerkzeug profitiert haben.
Das erste ist ein Verteidigungsunternehmen, das Kleinwaffen herstellt. Die Kammer im Lauf wies mehrere Winkel, Radien und Durchmesser auf. Das typische Werkzeugdesign würde es nicht erlauben, alle Operationen in einem Schritt auszuführen. Dies bedeutete einen erheblichen Aufwand für den Büchsenmacher, der das Patronenlager so glatt machen musste, dass das Geschoss nicht darüber schleift und eine Blockierung verursacht. Wir haben die Werkzeuge kombiniert, um die Arbeit des Büchsenmachers komplett zu eliminieren, das menschliche Element zu entfernen und ein glattes Patronenlager zu garantieren. Darüber hinaus spart das kombinierte Werkzeug Produktionszeit und reduziert gleichzeitig das Haftungspotenzial im Falle einer Fehlfunktion der Waffe.
Dieses zweite Beispiel ist ein noch besseres Beispiel dafür, warum die Kombination von Stufenwerkzeugen so viel bewirken kann. In diesem Fall arbeiteten wir mit einem wachsenden Unternehmen zusammen, das Aluminiumteile für die Automobilindustrie herstellte. Das Unternehmen verfügte bereits über vier CNC-Maschinen, die in drei Schichten pro Tag liefen, um die Arbeitslast zu bewältigen. Dann teilte der größte Kunde mit, dass er weitere Aufträge erhalten würde - der Teilehersteller musste seine Produktion verdreifachen!
Der Werksleiter musste einen gangbaren Weg finden, um die Produktion um das Dreifache zu steigern. Er dachte zunächst an eine Gebäudeerweiterung und das Hinzufügen weiterer Maschinen, war aber besorgt über die Zeitverzögerung, die dadurch entstehen würde. Das Unternehmen wandte sich an Superion und fragte, wie schnell wir weitere Werkzeuge hinzufügen könnten, um die Steigerung zu bewältigen. Das Unternehmen setzte Vollhartmetallwerkzeuge mit Stufenwerkzeugen ein. Nach einer Überprüfung der Arbeitsabläufe erklärte ich, dass sie die Produktion steigern und die Kundennachfrage ohne eine Gebäudeerweiterung erfüllen könnten, wenn sie auf diamantbestückte Stufenwerkzeuge umsteigen würden.
Anstatt acht weitere Maschinen aufzustellen und das Gebäude zu erweitern, musste nur eine weitere Maschine angeschafft werden - Punkt. Dadurch sparte der Kunde nicht nur Millionen, sondern verbesserte auch die Konsistenz und Qualität der Teile, ohne die Werkzeugkosten über einen Zeitraum von drei Jahren zu erhöhen. Der Teilehersteller war in der Lage, seinem Kunden zu sagen, dass er innerhalb von zwei Monaten für den Ramp-up bereit sein konnte, anstatt mehrere Monate zu benötigen, um die Gebäudefläche und die Maschinen zu erweitern. Das Unternehmen hatte den Platz, um eine weitere Maschine hinzuzufügen, und konnte außerdem die Anzahl der Schichten reduzieren, was zusätzliche Kapazitäten eröffnete, so dass es mehr Arbeit übernehmen konnte.
Zusammenlegung von Arbeitsschritten macht das Beste aus CNC-Fortschritten
Die Weiterentwicklung von CNC-Werkzeugmaschinen ist eine der bedeutendsten Entwicklungen in der Metallzerspanung: Jetzt müssen wir Zerspanungswerkzeuge entwickeln, die die Möglichkeiten der CNC-Maschinen voll ausschöpfen können. Gleichzeitig haben sich auch die Rohstoffe für die Herstellung von Zerspanungswerkzeugen verbessert, mit einem Wechsel zu neuen Materialien, die die Standzeit der Werkzeuge erhöhen, sauberer schneiden und länger halten, einschließlich PKD, kubisches Bornitrid (CBN), Keramik und Cermets.
In der Vergangenheit haben die vermeintlich hohen Kosten von Werkzeugen für kombinierte Bearbeitungen dazu geführt, dass man davor zurückschreckte, weil man dachte, es würde teurer als Standardwerkzeuge von der Stange. In Wirklichkeit gewinnen die Hersteller durch die Einsparung von Zykluszeiten in der Fertigung weit mehr. Darüber hinaus können diese Stufenwerkzeuge je nach Toleranzen mehrfach zur Aufbereitung in einen neuen oder fast neuen Zustand zurückgeschickt werden. Das senkt die Kosten weiter und macht die Option, Werkzeuge zu kombinieren, noch attraktiver.