Energieeffiziente Werkzeuge

Zerspanungsprozesse optimieren

Energiekosten und insbesondere die Strompreise werden weiter steigen, das ist unstrittig. In Deutschland benötigt die Industrie über 40 Prozent des gesamten produzierten Stromverbrauchs. Etwa 60 Prozent davon entfallen auf den Betrieb von Produktionsmaschinen. Mit einer intelligenten Prozessoptimierung lässt sich aber auch auf vorhandenen Maschinen eine beachtliche Energie- und damit Kosteneinsparung erreichen. Einen Einblick in einen solchen Sparkurs gewährt das Produktportfolio des Werkzeugspezialisten Mapal.

Für die MMS-Bearbeitung hat Mapal sein Werkzeugpaket optimiert.

Die Verbesserung der Energieeffizienz in Zerspanungsprozessen ist ein zentrales Thema bei der Prozessentwicklung. Zukünftige Maschinengenerationen werden sicher große Verbesserungen bringen. Die hier vorgestellten Werkzeugkonzepte können jedoch auch auf bestehenden Anlagen positive Effekte erzielen.

Im Hinblick auf die Reduzierung des Energiebedarfs ist der Einsatz von Kombinationswerkzeugen besonders relevant, da sowohl Haupt- als auch Nebenzeiten beeinflusst werden. Durch die Integration möglichst vieler Bearbeitungen in ein Werkzeug lassen sich Werkzeugwechsel eingesparen. Die gesamte Fertigungszeit lässt sich durch das gleichzeitige Bearbeiten verschiedener Durchmesser, Fasen und Planflächen reduzieren. Überdies werden Folgeprozesse positiv beeinflusst, da sich die Genauigkeiten und die Prozesssicherheit verbessern und so Messzyklen reduziert werden können. Getriebegehäuse von modernen Automatikgetrieben zum Beispiel sind sehr komplexe Bauteile, für deren Bearbeitung eine Vielzahl von Werkzeugen nötig ist. Daher bietet der Fertigungsprozess mehrere Ansatzpunkte für den Einsatz von Kombinationswerkzeugen sowie für gezielte Optimierungen. So lassen sich bis zu 25 Prozent der Bearbeitungszeit einsparen. Durch gesteigerte Schnittwerte lässt sich die Hauptzeit der Bearbeitung stark reduzieren, mit entsprechend positiven Auswirkungen auf den Energieverbrauch.

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39 Stunden gespart

Bei der Entwicklung des Mega-Speed-Drill, der Feed Plus Reibahle oder des HP-Face Mill von Mapal stand die Steigerung der Schnittgeschwindigkeit beziehungsweise der Vorschubwerte im Mittelpunkt. Diese Hochleistungswerkzeuge sind in der Lage, die Bearbeitungszeiten mehr als zu halbieren. Bei den Feed Plus Reibahlen wurde dies möglich, weil je nach Durchmesser mehr als doppelt so viele Schneiden im Werkzeug eingebracht sind als bei anderen fest gelöteten Reibahlen. Dadurch lassen sich entsprechend höhere Vorschübe fahren. Beispielsweise konnte man bei der Bearbeitung einer Bronzebuchse in einem Kipphebel durch den Einsatz einer Feed Plus Reibahle mit 18 Schneiden die Bearbeitungszeit um 66 Prozent reduzieren. Gegenüber der herkömmlichen Bearbeitung mit achtschneidigen Werkzeugen entspricht dies bei 50.000 produzierten Teilen pro Jahr einer Einsparung von 39 Stunden Bearbeitungszeit.

Bei der mittleren bis leichten Zerspanung ist die Energieaufnahme der Spindel unwesentlich vom Werkzeug bestimmt. Anders bei der Schruppzerspanung, bei der das Werkzeug sehr stark den Leistungsbedarf bestimmt. Durch den Einsatz von weichschneidenden Schneidengeometrien, wie in der Tangentialtechnologie verwendet, kann folglich auch bei der Schruppzerspanung der Energiebedarf gesenkt werden. Der Werkzeughersteller setzt die Tangentialtechnologie bei Aufbohrwerkzeugen und zum Fräsen ein. Die innovativen Performance Mill Fräser mit ISO-Wendeschneidplatten erreichen hohe Zerspanvolumina bei vergleichsweise geringem Leistungsbedarf. Dazu führt das weiche Schnittverhalten zu höheren Standzeiten und reduzierten Vibrationen.

Spezielle Leichtbauwerkzeuge mit CFK-Grundkörper für Bohrungen mit großem Durchmesser (ab 500 mm) sparen Bearbeitungszeit und schonen durch ihr geringeres Gewicht zusätzlich die Spindel der Werkzeugmaschine. Im Gegensatz zu üblicherweise eingesetzten Brückenwerkzeugen in Stahl- oder Aluminiumbauweise weisen die CFK-Werkzeuge eine sehr geringe Wärmeausdehnung auf. Somit sind Maßstabilität und eine konstante Genauigkeit des Werkzeuges bei schwankenden Temperaturen gewährleistet, Nachjustieren und Kontrollschnitte entfallen. Durch ihr geringes Gewicht sind die großen Werkzeuge gut ein- und auszuwechseln. Und auch die Anwendung der Werkzeuge ist einfach. Es gibt nur eine Feinverstellpatrone, die µ-genau und ohne Spiel auf der Brücke angebracht ist.

Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz bietet die Umstellung von Nasszerspanung auf Minimalmengenschmierung (MMS) beziehungsweise Trockenbearbeitung. Der Wegfall der für die Versorgung mit Kühlschmierstoff notwendigen Aggregate ermöglicht Energieeinsparungen von bis zu 40 Prozent. Jedoch erfordert die Umstellung auf MMS weit mehr als den Ersatz der Hochdruckpumpe durch eine MMS-Anlage. Eine prozesssichere Bearbeitung mit MMS bedingt eine angepasste Werkzeugtechnologie. Die gezielte Kühlung und Schmierung der Schneiden und die Abfuhr der Späne müssen gewährleistet bleiben. ee

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