Grafitfräsen: So halten Sie besser Maß

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Um beim Grafitfräsen noch besser zu werden, hat Fischer Werkzeugbau gemeinsam mit Moldino Tool Engineering alle Prozesse unter die Lupe genommen und zu großen Teilen optimiert. Ergebnis: dreimal höhere Vorschübe, gesunkene Fertigungskosten und eine bessere Maßhaltigkeit.

„Beim autonomen Elektrodenfräsen in der Fertigungszelle hatten wir eigentlich schon einen sehr hohen Stand erreicht“, erklärt Thomas Brezing, Teamleiter Fräsmaschinen bei Fischer Werkzeug- und Formenbau. „Trotzdem gibt es noch Luft nach oben – und da wollten wir ran.“ Ebenso wie ein großer Teil der Hartbearbeitung findet das Elektrodenfräsen bei Fischer in der gut 16 Meter langen Fertigungszelle statt. Zwei 5-achsige Bearbeitungszentren zum Grafitfräsen sowie zur Stahl-Hartbearbeitung sind hier mit den beiden Senkerodiermaschinen, der Teilewaschanlage, dem Koordinatenmessplatz und den Lagerplätzen über einen auf Linearschienen geführten Knickarmroboter verkettet. Am Standort Horb werden in dieser Zelle alle benötigten Elektroden, auch für die EDM-Anlagen außerhalb, hergestellt.

Grafitfräsen: Nacharbeiten war aufwändig

Das Unternehmen war mit dem damaligen Ist-Zustand zwar nicht unzufrieden, sah aber Verbesserungsbedarf: Zum einen beim hohen Verschleiß, weshalb man viele Werkzeuge im Jahr kaufen musste. Hinzu kam der Wunsch nach kürzeren Bearbeitungszeiten. Ein besonders heikler Punkt war die Maßhaltigkeit, denn es gab innerhalb einer Serie immer wieder Toleranzüberschreitungen. Diese wurden zwar beim prozessinternen Koordinatenmessen der Kontur aufgedeckt, was aber Nacharbeit einschließlich des Aufwands für die Korrekturprogramme nach sich zog.

Beim Grafitprojekt ging Moldino nach der speziell für den Fräsbereich selbstentwickelten Production50-Methode (P50) vor. Dabei geht es darum, gemeinsam mit den Kunden die bestehenden Fräsprozesse zu analysieren, um mit diesen Einblicken eine neue Perspektive auf den gesamten Fertigungsprozess zu erhalten. Die ganzheitliche Betrachtungsweise identifiziert Verbesserungspotentiale. Diese können nachhaltig verbessert sowie in ausführlichen Wirtschaftlichkeitsberechnungen festgehalten werden und zeigen dem Unternehmen den Mehrwert der Umstellung auf.

Strategien und Aufmaßverhalten standen nicht im Einklang

Im ersten Schritt der Prozessoptimierung steht die Ist-Analyse: Dafür sind bei vier unterschiedlichen Elektroden nicht nur die bisherigen Fräsparameter wie Bearbeitungsstrategien, Werkzeugauswahl oder Schnittwerte untersucht worden, sondern auch, welchen Einfluss die NC-Programme auf das Verhalten der Maschine haben. Denn gerade diese Parameter beeinflussen die Dynamik und Laufzeit der Prozesse. Dabei fiel auf, dass beim Schruppen die Strategien und das Aufmaßverhalten nicht im Einklang waren. So musste das Schlichtwerkzeug eine große Menge Material wegnehmen, was zu Problemen bei der Maßhaltigkeit führte. Um diese doch noch zu erreichen, ist man daher in den kleinen Bereichen mit dem Vorschub immer weiter heruntergegangen, woraus längere Bearbeitungszeiten resultierten.

Die beiden Unternehmen feilten an den CAM-Strategien und testeten verschiedene Torus- und Kugelfräser-Kombinationen der diamantbeschichteten D-EPDR- und D-EPDB-Reihe des japanischen Werkzeugherstellers. Beim Schruppen sind gegenüber früher die Aufmaße stark verringert worden, zudem ist man näher an das Endmaß herangegangen. So konnte der Vorschub verdreifacht und der Verschleiß verringert werden. Ein Teil der Optimierungen beinhaltet auch die Prüfung der Werkzeugdatenbank sowie die Abstufung der Werkzeuge. Da beim Schlichten jetzt kürzere Nutzlängen eingesetzt werden, entsteht weniger Deflektion und im Ergebnis eine höhere Genauigkeit sowie ein verbessertes Endmaß. So wird die Maßhaltigkeit auch auf längere Sicht garantiert.

Torus- und Kugelfräser sind für die Grafitbearbeitung ausgelegt

Neben den neu entwickelten Bearbeitungsstrategien war auch die Qualität der jetzt verwendeten Werkzeuge entscheidend für den Projekterfolg. Schließlich sind die diamantbeschichteten Torus- und Kugelfräser der D-EPD-Reihe speziell für die Grafitbearbeitung ausgelegt und decken einen breiten Durchmesserbereich von 0,1 bis 10 Millimetern ab. Als eines der Highlights bei diesem Projekt betrachtet man bei Fischer, dass bei der Grafitbearbeitung mit kleinen Kugelwerkzeugen hohe Vorschübe gefahren werden können. Beim Schlichten hat der Werkzeugbau den Vorschub um den Faktor drei erhöht und ist trotzdem noch maßgenauer. Bei gleicher Standzeit gegenüber früher arbeitet der Hersteller mit den Diamantwerkzeugen dreimal so viel ab.

Ebenfalls bemerkenswert ist die Zeitersparnis: Früher wurden zum Fräsen der Projektelektrode 265 Minuten benötigt, jetzt nur noch 185 Minuten. Das wirkt sich positiv auf die Fertigungskosten aus, weil in der gleichen Zeit mehr zerspant wird und zudem weniger Werkzeuge zum Einsatz kommen: Waren es bei der Projektelektrode bisher sieben, so sind es jetzt nur noch vier. Auf diese Weise sind die Beschaffungskosten gesunken. Weniger Werkzeuge bedeuten auch weniger Rüstaufwand. „Die Manpower für das Rüsten, also Voreinstellen und Wechseln der Werkzeuge, hat sich ebenfalls reduziert. Dies wirkt sich auch positiv bei der Vorbereitung auf den mannlosen Wochenendbetrieb aus“, so Brezings Fazit.

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