» TECHNIK Autoteile stellen spezifische Anforderungen ans Zerspanen von Aluminium Zeit- und Kostendruck im Griff Um die Energieeffizienz von Fahrzeugen weiter zu steigern, wird Leichtbau immer wichtiger. Zunehmend kommen große, komplexe Aluminiumteile zum Einsatz, die auf der Bearbeitungsmaschine schwierig zu spannen sind. Das stellt Fertigungstechniker vor erhebliche Heraus - forderungen. Wie Werkzeughersteller dabei helfen können, diese zu meistern, zeigt Mapal. » Mona Willrett, Redakteurin Industrieanzeiger Kombinations-Aufbohrwerkzeug mit gelöteten PKD-Schneiden und ISO- Wendeschneidplatten. Es bietet maximale Stabilität und Standzeit beim Vor bearbeiten von Fahrschemeln und liefert perfekte Qualitätsergebnisse für definierte Oberflächen. Bild: Mapal W ährend Aluminium in der Luftfahrt schon lange eine zentrale Rolle spielt, gewinnt das Leichtmetall seit einigen Jahren auch in der Automobilindustrie zunehmend an Bedeutung – unabhängig von der Antriebsart. Doch um das hohe Gewicht der Batterien auszugleichen, hat die E-Mobilität diesen schon seit einiger Zeit zu beobachtenden Trend noch verstärkt. Aluminium bietet – je nach Legierung – ein gutes Verhältnis zwischen Stabilität, Gewicht und Dehnbarkeit und ist zudem korrosionsbeständig. Insofern lassen sich die hohen Anforderungen der modernen Fahrzeugtechnik hinsichtlich Leichtbau, Near-Net-Shape-Technologie und hoher Recycling - fähigkeit mit diesem Werkstoff gut erfüllen. Hinzu kommt, dass Aluminium im Allgemeinen als leicht zerspanbar gilt. Doch auch dieser Werkstoff hat seine Tücken. Eines der Probleme beim Zerspanen des NE-Metalls liegt in seiner Neigung, mit dem Werkzeug zu verkleben und Aufbauschneiden zu bilden. Und auch die langen Späne sind für eine sichere Prozessführung Gift. Matthias Winter, Leiter des Marktsegments Automotive bei Mapal, sagt denn auch: „Aufgrund dieser Materialeigenschaften müssen wir als Werkzeughersteller entsprechend optimierte Spanbruch- und Spanleitgeometrien ent - wickeln und uns mit schwingungsgedämpften Werkzeuggrundkörpern sowie dem Umfeld des Werkzeugs – also der Spanntechnik und der Prozessführung – beschäftigen.“ Außerdem müsse die Laserbearbeitung der Schneidkante optimiert werden, um die Schneidkantenpräparation sowie die Präzision der Schneide weiter zu verbessern. Spielt in der Luftfahrt die Prozesssicherheit der Werkzeuge die zentrale Rolle – das gilt sowohl beim Hochvolumenzerspanen von Strukturbauteilen als auch bei der Montage von Komponenten, die aus so genannten Stacks hergestellt sind –, so kommen in der automobilen Massenfertigung noch zwei weitere wichtige Anforderungen hinzu: kurze Taktzeiten und minimale Stückkosten. Die Konsequenz ist, dass Werkzeuge, die für die Aluminium-Bearbeitung in anderen Branchen entwickelt wurden und dort perfekte Ergebnisse liefern, im Automotive-Sektor nicht unbedingt die optimale Lösung sein müssen. „Die bekannten Werkzeuge funktionieren zwar grundsätzlich sehr gut“, sagt Winter, „aber die geforderte Prozessstabilität und Bauteilqualität in der Massenferti- 54 Industrieanzeiger » 04 | 2024
gung in Verbindung mit dem hohen Kosten- und Taktzeitdruck erfordern meist spezifische Antworten.“ Der Marktsegmentleiter nennt einige Beispiele für Bauteile aus der E-Mobilität, die besondere Anforderungen stellen: • E-Motorengehäuse: Hier muss die große Statorbohrung Durchmessertoleranzen im Bereich von IT6 bis IT7 einhalten und die Toleranz von Rundheit und Zylinderform liegt bei maximal 20 bis 30 µm. In Kombination mit anderen Funktionsflächen zur Aufnahme von Rotor und Getriebeelementen ist also höchste Präzision bezüglich der Form- und Lagetoleranzen ein Muss. • Batteriewannen: Deren Hauptstruktur wird aus Strangpressprofilen zusammengesetzt, die aus niedrigsiliziumhaltigem Aluminium bestehen. Hier steht im Vordergrund, Späne und Gratbildung ebenso zu beherrschen wie das Bearbeiten der großen Teile mit produktiven Schnittwerten ohne dabei Vibrationen entstehen zu lassen. Letzteres ist aufgrund der labilen Bauteilstruktur und der oft insta bilen Spannverhältnisse eine echte Herausfor derung. • Mega- oder Gigacasting: Auch hier erschweren die Größe der Teile und die schwierige Spannsituation die mechanische Bearbeitung der Funktionsflächen. Zusätzlich kommen bei diesen Teilen neue Aluminiumlegierungen mit besseren Fließ - eigenschaften ins Spiel, um die Formfüllung zu gewährleisten. Schließlich sollen 200 kg Aluminium und mehr in einem Schuss in die Form gebracht werden – und das bei einer Taktzeit von 1 min pro Teil. Hier gilt es, die aufgrund der Legierungsbestandteile veränderten Zerspanungseigenschaften zu beherrschen. In der Luftfahrt hingegen stellen zwei Anwendungsbereiche unterschiedliche Anforderungen an die Werkzeuge. In der Teilefertigung werden die Bauteile meist aus einem vollen Aluminiumblock hergestellt. Bei Zerspanraten von über 90 % steht die Volumenzerspanung im Vordergrund. Die Folge ist, dass ein extrem großes Volumen an Spänen beherrscht und in kurzer Zeit abgeführt werden muss. Der Schlüssel zum Erfolg sind hier leistungsfähige Maschinen und entsprechend optimierte Werkzeuge. Beim „Final Assembly“ müssen die Werkzeuge hingegen in vielen Fällen nicht nur Aluminium zerspanen. Viele Bauteile moderner Flugzeuge sind aus so genannten Stacks hergestellt. Diese Verbundmate - rialien bestehen aus verschiedenen Leichtbauwerk - stoffen wie Titan und faserverstärkten Kunststoffen. Die Expert Solution für die Serienbearbeitung der Stator - bohrung von Elektromotoren: Ein hochproduktiver dreistufiger Prozess für Bearbeitungsdurchmesser größer 220 mm. Solche Materialkombinationen stellen jedoch aufgrund der unterschiedlichen Zerspanungseigenschaften extreme Anforderungen ans Werkzeug. Mapal gehört zu einer kleinen Gruppe von Präzisionswerkzeug-Herstellern, die über das technische Know-how verfügen, dem Kunden für nahezu jede Fräs-, Bohr- oder Feinbearbeitungsaufgabe die passende Lösung aus einer Hand zu bieten – unabhängig vom erforderlichen Schneidstoff und einschließlich der Werkzeugaufnahme. Eine magische Grenze, bis zu der Vollhartmetall- oder Wendeplattenwerkzeuge das Mittel der Wahl und ab wann Tools mit Schneiden aus polykristallinem Diamant (PKD) die bessere Lösung sind, gibt es laut Winter nicht. „Um das zu entscheiden, muss man immer verschiedene Aspekte des Prozesses und der Rahmenbedingungen gegen - einander abwägen.“ Neben der Taktzeit und der Standzeit der Werkzeuge spielen hier auch die geforderte Präzision und Oberflächengüte eine wichtige Rolle. „Insofern haben alle Werkzeugsysteme in unserem Portfolio ihre Berechtigung, und die Auswahl hängt von den jeweiligen Anforderungen ab.“ Der Vollhartmetall-Schruppfräser OptiMill-Alu-Wave fürs Hochvolumenbearbeiten von Aluminiumwerkstoffen erreicht Zeitspanvolumina von bis zu 21 l/min. Bild: Mapal Bild: Mapal Industrieanzeiger » 04 | 2024 55
