Schwerzerspanung : Wie Weingärtner und Ceratizit die Schwerzerspanung auf ein neues Level heben

Die rasante Modernisierung von technologieintensiven Branchen in Asien wie dem Fahrzeug- und allgemeinen Maschinenbau oder der Luft- und Raumfahrt bringt die dortigen Werkzeugmaschinenbauer immer wieder an ihre Grenzen. Die Kluft zwischen Marktvolumen und Eigenproduktion ist im Sektor Hochtechnologie derzeit nicht zu schließen und der Import hochwertiger Werkzeugmaschinen folglich ein Muss. Rund die Hälfte der Aufträge aus dem ostasiatischen Raum sind gegenwärtig kundenspezifische Sondermaschinen und Projekte, teilweise mit Turnkey-Charakter. Und die Nachfrage steigt noch immer.

In dieser Konstellation ist Weingärtner Maschinenbau ein natürlicher Ansprechpartnerfür Unternehmen aus der ganzen Welt. Denn der Sondermaschinenbauer mit Sitz im österreichischen Kirchham schneidert Komplettbearbeitungslösungen für die Öl-, Gas- und Luftfahrtindustrie, die Pumpen-, Kunststoff- und Recyclingbranche bis hin zum Energiesektor und der Schwerzerspanungauf Maß. Viel Erfahrung also in der Großteilebearbeitung, welche die 1965 gegründete Weingärtner Gruppe mit 620 Mitarbeitern auf die Straße bringt. Und so werden auch weltweit Kurbelwellen für Dieselmotoren, Walzen für die Stahl- und Papierindustrie, Extruderschnecken zur Kunststofferzeugung oder Wellen fürTurbinen und stationäre Stromerzeugungseinheitenhochpräzise auf den Sondermaschinen aus Kirchham gefertigt. „Mit den Maschinenreihen vario, pick up, mpmc und finish bietet Weingärtner dafür branchenbezogene Technologien an, die je nach Aufgabenstellung individuell ausgeformt werden“, betont Marketingleiter Thomas Exenberger. „Zugleich stellen wir dem Anwender mit weinCAD ein äußerst leistungsfähiges CAD/CAM-System zur Seite, mit dem er Spritzgussschnecken bis hin zu Statorkernen für Exzenterschneckenpumpen einfach programmieren kann.“

Als Anbieter von Komplettlösungen für die Schwerzerspanung hat Weingärtner von der maßgeschneiderten Maschine und Software über die applikationsspezifische Anwendungstechnik, Beratung und Schulung bis hin zum weltweiten Support das volle Leistungsspektrum im Programm. Unterstützt wird der Maschinenbauer in diesem Ansatz durch Technologiepartner wie Ceratizit, mit denen auch der jeweilige Werkzeugsatz komplett angeboten werden kann. Wie Weingärtner selbst ist Ceratizit seit Jahrzehnten ein Spezialist für die Schwerzerspanung, der auf Gesamtlösungskompetenz ausgerichtet ist. Man passt also zusammen. Besonders im Bereich Industry Solutions. Seit 2012 arbeiten Weingärtner und Ceratizit unter diesen Vorzeichen an Großprojekten zusammen, wobei sich eine stabile Vertrauensbasis herausgebildet hat. „Die Kompetenzen von Ceratizit drücken sich aber nicht nur im vollständigen Werkzeugprogramm für die Großteilebearbeitung aus, im Rahmen von OEM-Services bieten wir zudem die Strukturen und Kompetenz für die Erstellung kompletter Bearbeitungslösungen“, so Alfred Hofegger, Teamleiter OEM Services bei Ceratizit Austria. „Auf Wunsch definieren wir Bearbeitungsschritte einschließlich der zugehörigen Werkzeuge, legen Schnittdaten fest und berechnen Bearbeitungszeiten. Wir prognostizieren zudem die Stückkosten, führen im Innovation Center Probebearbeitungen durch und betreuen die Maschinenab- und -inbetriebnahme.“

Kernelemente solcher Leistungen haben die beiden Unternehmen erst kürzlich wieder für einen internationalen Großkonzern zum Einsatz gebracht. Ein Schlüsselprojekt, bei dem der Kunde bis zu vier konventionelle Maschinen, die er bisher zur Walzenfertigung einsetzte, durch die Bearbeitung mit einer Maschine ablösen will. Vorerst soll nur das Schleifen weiterhin auf einer separaten Maschine erfolgen. „Für diese Anwendung, bei der acht Walzentypen zu bearbeiten sind, sollte Weingärtner zwei mpmc einschließlich der kompletten Werkzeugbestückung liefern“, berichtet Exenberger. Eine der Herausforderungen ist hierbei die Zerspanung des Ballenmaterials, das im Schleudergussverfahren hergestellt wird und eine Härte von bis zu 85 ShC aufweist. Neben der 50 bis 90 mm dicken Außenschale besteht die restliche Walze aus Kernmaterial, das wesentlich weicher ist. Die Härte liegt hier zwischen 38 und 45 ShC. An den Zapfen werden unter anderem die Lagersitze und Antriebsflächen bearbeitet. Dieser Materialmix aus hartem Ballen- und weichem Zapfenmaterial erfordert auch unterschiedliche Schneidstoffe wie Siliziumnitrid, Mischkeramik, Hartmetall und CBN, welche sich alle im Produktportfolio von Ceratizit wiederfinden. Je nach Walzentyp sind für die komplette Bearbeitung zahlreiche unterschiedliche Zerspanungsaufgaben wie Drehen, Stechen, Fräsen, Bohren, Tieflochbohren, Gewinden auszuführen.

Die mpmc-Baureihe (multi product machining center) von Weingärtner, die auf solche Anwendungen zugeschnitten ist, umfasst horizontale Dreh-Fräs-Zentren, mit denen sich Bauteile bis 2000 mm Durchmesser, 15 m Bearbeitungslänge und 80 t Gewicht bearbeiten lassen. Im aktuellen Fall können die beiden Maschinen Bauteile bis 20 t Gewicht aufnehmen. Ausgerüstet mit einem Dreh-Fräs-Kopf und vollautomatisch einwechselbaren Bearbeitungseinheiten lassen sich mit der mpmc-Reihe komplexe Teile wirtschaftlich in einer Maschine fertigen. Je nach Bearbeitung kommen dabei Ausbohr-, Trochoidal-, Verzahnungsfräs- bis hin zu Tieflochbohreinheiten zum Einsatz. „Eine Besonderheit weisen die mpmc zur Walzenbearbeitung mit zwei CNC-gesteuerten Beladungshilfen für Werkstücke auf“, so Exenberger. „Neben diesen Beladungshilfen wurde außerdem mit einer CNC-gesteuerten Lünette gearbeitet.“ Auf eine weitere Besonderheit der Maschinen, die direkte Auswirkung auf die Werkzeugauslegung hat, weist Hofegger mit der in der Maschine vorhandenen B-Achse hin: „Diese B-Achse ermöglicht, dass der Anstellwinkel der Werkzeuge stets an die Bearbeitungssituation und die nötige Schnitttiefe angepasst werden kann. Dadurch können sehr hohe Vorschub- und Produktivitätswerte erreicht werden.“ Verstärkt wird dieser Vorteil noch dadurch, dass man mit den Drehwerkzeugen flexibel in beide Richtungen fahren kann. „Außerdem ermöglicht die ebenfalls vorhandene Y-Achse, dass wir die Schneide über die Werkzeugachse setzen können, was eine deutlich höhere Stabilität der Werkzeuge zur Folge hat“, so der Teamleiter.

Die Herausforderungen für die Werkzeuge resultieren bei der Zerspanung der Walzen vor allem aus den hohen Werkstoffhärten sowie Schnitttiefen von bis zu 20 mm. Auch Materialinhomogenitäten können hinzukommen. Die entscheidenden Bewertungsgrößen für die Zerspanung liegen mit den Bearbeitungs- und Standzeiten sowie der hohen Prozesssicherheit auf der Hand. Unter diesen Prämissen hat Ceratizit ein Werkzeugpaket für die Bearbeitung der Hartgusswalzen geschnürt, zu dem Dreh-, Stech- und Fräswerkzeuge ebenso gehören wie Systeme für das Bohren, Gewindefräsen und Gewindebohren. Konkret stehen dem Anwender beim Schwerdrehen mit den Schneidplatten LNMR 50 mit 50 mm, SCMT 38 mit 38 mm sowie SN 25 mit 25 mm Schneidenlänge zur Verfügung. Beim Stechen wird er das HX-System für Stechbreiten von 16 bis 60 mm einsetzen, um an den Zapfen die Schultern oder an einzelnen Walzen die geforderten Konturen herzustellen. Zu fräsen sind im Zapfenbereich der Walzen unter anderem Schlüsselflächen und Bohrungsradien.

„Für solche Bearbeitungen finden Werkzeuge der Reihen AHDM zum Schwerfräsen und AHFC zum High-Feed-Fräsen, aber auch der Planfräser MaxiMill A271 sowie spezielle Radiusfräser Anwendung“, berichtet Peter Stebele, Prozessmanager Schwerzerspanung bei Ceratizit Austria. Den MaxiMill High-Feed-Fräser (HFC) schätzt er aufgrund seiner hohen Produktivität hier als Schlüsselwerkzeug ein. „Ausgerüstet mit zehn Schneiden, fährt dieser Fräser extrem hohe Zahnvorschübe bei kleinen Schnitttiefen, was eine hohe Produktivität ermöglicht“, schätzt Stebele ein. „Zugleich schruppt der HFC-Fräser aufgrund seiner geringen Schnitttiefen besonders konturnah, sodass sich optimale Voraussetzungen für das Schlichten der Übergangsradien an den Schlüsselflächen ergeben.“ Hier, beim Schlichten der Schlüsselflächen, bringt Ceratizit dann außerdem VHM-Schaftfräser sowie CBN-bestückte Schlichtfräser zum Einsatz. Im Bereich Bohren schließlich werden mit Ceratizit-Werkzeugen Durchmesser bis zu 155 mm bearbeitet, beim Tieflochbohren bis 60 x D.

Die mpmc für die Walzenbearbeitung wurden von dem Kunden inzwischen vorabgenommen. Nach dem Abbau der Maschinen und ihrer Verschiffung zum Bestimmungsort werden sie als nächstes beim Kunden aufgebaut und endabgenommen. Auch hier werden Weingärtner und Ceratizit wieder vor Ort zusammenarbeiten. Schließlich sei ein umfassender, zerspanungstechnisch kompetenter Service in den regionalen Märkten heute unabdingbar, ist man sich in beiden Häusern einig. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass man als Komplettanbieter für die Schwerzerspanung auf Folgeprojekte setzt. Der Markt ist schließlich vorhanden.