Eine Frage der richtigen Strategie
In modernen Flugzeugen beträgt der Anteil an Compositeswerkstoffen bis zu 50 Prozent. Was das für die Komplexität und Qualitätssicherung der dahinter liegenden Produktionsprozesse bedeutet, kann kaum noch beschrieben werden. Spätestens seitdem auch die Tragflächen, Leitwerke und Rumpfsegmente aus den leichten Verbundmaterialien gebaut werden, ist die Bearbeitung dieses Materials höchsten Ansprüchen unterworfen. Bei Flugzeugen versteht es sich fast von selbst: Das Ergebnis muss immer perfekt sein. Das wiederum hat Auswirkungen auf die dabei eingesetzten und speziell für diesen Einsatz hergestellten Präzisionswerkzeuge und Formen aus Guss-Werkstoffen. Ihre Produktion muss genauso diesem Qualitätsanspruch genügen und zugleich natürlich effektiv sein. In Zusammenarbeit mit LMT UK hat Brinksway Tool, ein britischer Formenbauer und Hersteller von Präzisionswerkzeugen für die Luft- und Raumfahrtindustrie, seine Frässtrategien für die Produktion von Spritzguss-Formen untersucht, die später bei der Produktion von Composites-Bauteilen benötigt werden. Herausgekommen ist eine Reduzierung der Bearbeitungszeiten auf fünf bis sechs Stunden. Zuvor dauerte ein solcher Zyklus bis zu fünf Tage!
Nach den Frästests, die zusammen mit den Experten von LMT durchgeführt wurden, kann das Unternehmen nun drei komplette Formen in der Zeit produzieren, die es vorher benötigte, um eine einzige herzustellen. Zugleich hat sich die Werkzeugstandzeit mit den jetzt eingesetzten LMT-Wendeschneidplatten auf einem MultiEdge 4Feed um knapp 25 Prozent erhöht. – Wie war dieser enorme Erfolg möglich?
- Vorlage für die Frässtrategie: eine Zeichnung der Form mit den zu fräsenden Taschen.
Einfache Aufgabe – lange Bearbeitungszeiten
Carl Nickerson, Werkleiter der Firma aus Audenshaw in der Nähe von Manchester, erläutert zunächst die Ausgangslage: „Wir haben es mit einer vergleichsweise simplen Aufgabe zu tun – dem Abtragen von Material an der Unterseite der Formen, die insgesamt 1,5 mal 0,5 Meter groß sind. Insgesamt müssen hier sechs Taschen mit einer Breite von 170 Millimeter, einer Länge von 180 Millimeter und 75 Millimeter Tiefe hineingefräst werden. Für diesen Arbeitsschritt war die bisherige Produktionszeit einfach nicht akzeptabel, zumal der hier beschriebene Fräsvorgang natürlich nur die Vorbearbeitung für nachfolgende Berarbeitungsschritte darstellt.“ Im Produktionsablauf löste die bisherige Bearbeitung der Formen auf einem Correa 3-Achs Prisma 20 CNC Bearbeitungszentrum sogar einen regelrechten Stau aus, so Nickerson. „Es zog sich alles viel zu sehr in die Länge.“
Gemeinsam mit CNC-Manager Simon Cornell entschied er, einen der Werkzeuglieferanten des Unternehmens um Rat zu fragen: LMT UK.
Das richtige Werkzeug für die richtige Strategie
„Die Experten von LMT nahmen sich sofort die Leistungs- und Drehmomentkurven des Bearbeitungszentrum vor“, beschreibt Cornell das weitere Vorgehen. „Am Ende der Untersuchung standen zwei zentrale Vorschläge, die den Durchbruch brachten – und sie betrafen sowohl das Werkzeug selbst als auch die eingesetzte Frässtragie.“ Zunächst sollte der LMT MultiEdge 4Feed zum Einsatz kommen - ein Vollhartmetallfräser mit vier effektiven Schneiden. Sein besonderes Anwendungsgebiet ist die Bearbeitung hochfester sowie gehärteter Werkstoffe.
Zudem veränderte sich die Frässtrategie: Bisher wurde der Fräser verhältnismäßig tief in das Material eingebracht. Das hatte einen entscheidenden Nachteil: Während des Fräsens selbst wurden die eingesetzten Wendeschneidplatten mit zuviel abgetragenen Spänen „aufgeladen“. Die Folge: Das gesamte Drehmoment verringerte sich. Gemeinsam mit LMT entwarf Cornell eine neue Bearbeitungsstrategie. Brinksway Tool setzt hierfür seitdem auf das LMT MultiEdge 4Feed mit einem Durchmesser von 32 mm. Das Tool wurde speziell für die Vorbearbeitung im Formenbau entwickelt und benötigt 25 Prozent weniger Energie als vergleichbare Werkzeuge. Es hat außerdem einen optimierten Spanwinkel, der dazu beiträgt, die Fräsvibrationen zu reduzieren – was wiederum der Bearbeitungsqualität des Werkstücks zugute kommt. Das Werkzeug wurde in diesem Fall mit einer AlCrN-beschichteten und dadurch sehr hitzebeständigen Wendeschneidplatte bestückt. Hohe Fräsgeschwindigkeiten sind auf diese Weise auch ohne Kühlmittel möglich. Zudem wurde ein Gebläse installiert, um die Fräszone von der schnell wachsenden Menge an Spänen zu befreien.
25 Prozent mehr Leistung
Erst diese Werkzeug-Wahl machte es auch möglich, den Fräsvorgang selbst neu zu programmieren: Die Geschwindigkeit des Werkzeugs ist seitdem höher. Es trägt mit einer Geschwindigkeit von 10 Metern pro Minute ab, die Frästiefe beträgt dabei zugleich aber nur noch einen Millimeter. Auf diese Weise müssen die Fräsplatten erst nach einer Stunde im Dauereinsatz ausgetauscht werden - eine Verbesserung von 25 Prozent gegenüber dem Werkzeug eines anderen Herstellers. „Das ist insgesamt sicher ein optimales Ergebnis. Wir konnten auf diese Weise ja nicht nur die Bearbeitungszeit reduzieren. Zugleich verfügen wir über einen stabilen Produktionsprozess mit gleichbleibend hohen Bearbeitungszeiten“, zeigt sich Carl Nickerson zufrieden.
Info: Brinksway Tool
Brinksway Tool ist der größte Werkzeughersteller der Hyde Group Tooling Division, die zum Luft- und Raumfahrtunternehmen Hyde Group mit einem Umsatz von 200 Millionen britischen Pfund gehört. Der Betrieb in Audenshaw beschäftigt 58 Mitarbeiter, von denen 20 hervorragend ausgebildete Mechaniker sind. Hinzu kommen acht Auszubildende und 30 Fachleute für die CNC Zerspanungstechnik.