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EINER FÜR ALLES - von der Idee zum fertigen Werkzeug
EINER FÜR ALLES – von der Idee zum fertigen Werkzeug Im Jahr 2017 stellte sich eine Gruppe von Zerspanungsexperten die Aufgabe, eine Lösung für immer wiederkehrende Schneidkantenausbrüche und der damit reduzierten Standzeit bei Vollhartmetallfräsern zu finden. Die Ziele für ein neues Werkzeug waren dabei die Kombination aus Universalität, maximalem Spanvolumen und höchsten Standzeiten. Dadurch sollte den Anwendern ein zusätzlicher Nutzen in Bezug auf Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu marktüblichen VHM-Fräsern geboten werden. Das Ergebnis sollte ein völlig neues Werkzeug sein, das für Vollspurfräsen bis 2xd axialem Eingriff, Schruppen, Schlichten und trochoidales Fräsen hervorragend geeignet ist sowie gleichzeitig mit gigantischen Standzeiten beeindruckt und nahezu in allen Werkstoffen eingesetzt werden kann. Und, hat das funktioniert? „Auf jeden Fall!“ sagt Hartmut Kuttruff, damaliger Leiter der Werkzeugneuentwicklung. Vom Beginn im Jahr 2017 bis zu den ersten serienreifen CobraMill® SOLID CL-24315 VHM-Fräsern vergingen fast drei Jahre. „Es war eine lange und intensive, aber gut investierte Zeit. Wir wollten nicht nur etwas Bestehendes verbessern, sondern uns wurde schnell klar, dass wir etwas Neues schaffen müssen, um das Thema VHM-Fräsen im breiten Anwendungsbereich auf die nächste Stufe zu heben. Die wesentlichen Ziele waren Universalität, maximales Spanvolumen und höchste Standzeiten zu erreichen“, beschreibt Hartmut Kuttruff die Aufgabenstellung. Am Anfang stand eine ausgiebige Testreihe mit einer Vielzahl von marktüblichen Vollhartmetallfräsern in unterschiedlichen Materialien wie z.B. C45E (1.1191), 42CrMo4+QT (1.7225), X155CrVMo12-1 (1.2379), X5CrNi18-10 (1.4301). Aus diesen Ergebnissen ergab sich ein erstes Bild der typischen Verschleißerscheinungen in Abhängigkeit von Material, Bearbeitungsart und Art der Kühlung. Unregelmäßiger Verschleiß und daraus resultierende Schneidkantenausbrüche waren hier wesentliche Merkmale die festgestellt werden konnten. Im nächsten Schritt wurde untersucht, ob die Modifizierung der Geometrie durch eine Rundschlifffase bzw. durch die Veränderung des Drallwinkels die gewünschten Ergebnisse bringen können. „Das hatte leider nicht die gewünschte Wirkung. Immer wenn wir eine Verbesserung erzielten, wirkte sich das leider auf eine andere Zielgröße negativ aus. Z.B. hatte eine angepasste Rundschlifffase die Laufruhe wesentlich verbessert, diese reduzierte aber die Standzeit. Nach tonnenweisem Materialverbrauch mussten wir feststellen, dass wir auf diesem Wege nicht alle drei Zielgrößen gleichzeitig optimieren können“, fasst Mark Hanselmann die Ergebnisse zusammen. Die Basis für eine wesentlich höhere Produktivität ist das Hartmetallsubstrat Jetzt zeigte sich, dass das Hartmetall optimiert werden musste. Das war auch der längste Teil des Entwicklungsprozesses, da eine völlig neue Hartmetallrezeptur für einen wesentlich optimierten und neuen Fräser ermittelt werden musste. Hier gab es über den Zeitraum von rund eineinhalb Jahren eine Vielzahl von Tests mit immer neuen Hartmetallzusammensetzungen. „Als Ergebnis zeigte sich ein Werkzeug, das vom Verschleißbild im Vergleich zu allem was ich bisher gesehen und getestet hatte wesentlich optimiert war“, berichtet Hartmut Kuttruff. Dieses völlig neu entwickelte Substrat ist die Basis für die wesentlich höhere Produktivität des CobraMill® SOLID CL-24315 VHM-Fräsers. Allerdings war in der ersten Version mit diesem neuen Substrat das Spanbild noch nicht optimal und es folgte im nächsten Entwicklungsschrittdie Verbesserung der Geometrie. Hier führte die Vergrößerung der Spanräume zu mehr Prozesssicherheit. Die neu designte Stützfase sorgt für mehr Laufruhe. Hier war es uns wichtig ein minimales Abdrängverhalten zu erreichen. Im Ergebnis sahen wir eine erhebliche Reduzierung der Ausbrüche an der Schneidkante. Zu diesem Zeitpunkt waren bereits mehr als zwei Jahre Entwicklungszeit vergangen. Im Anschluss folgten dann Versuche mit unterschiedlichen Beschichtungen. Hier war die Herausforderung eine optimale Beschichtungzu finden, die in vielen unterschiedlichen Werkstoffen beste Ergebnisse erzielt. Nach intensiven Tests stelltesich heraus, dass die BALINIT® Alcrona Pro Beschichtungvon Oerlikon Balzers die am besten geeignete Schicht für den CobraMill® SOLID CL-24315 ist. „Nun hatten wir ein Werkzeug in der Hand, mit dem wir umfangreiche externe Testphasen durchführen konnten. In dieser Zeit haben wir festgestellt, dass wir unsere Ziele der Universalität, maximalem Spanvolumen und höchster Standzeit erreicht hatten!“, erinnert sich Hartmut Kuttruff heute. Nach den umfangreichen Tests auf einer Mazak VTC 530C im eigenen Technologiezentrum haben wir eine Vielzahl von Feldversuchen auf Maschinen verschiedener Hersteller durchgeführt. Die eigenen Ergebnisse ließen sich dabei reproduzieren und wurden in vollem Umfang bestätigt. André Hennig beschreibt seine ersten Erfahrungen heute so: „Bei den Tests ist mir schnell klar geworden, dass der CobraMill® SOLID CL-24315 VHM-Fräser in den Punkten Geschwindigkeit, Laufzeit- und Lärmreduzierung, Bearbeitungsstrategie und Universalität deutliche Vorteile hat.“ „Der VHM-Fräser von CobraMill brachte uns nach einigen Tests auf den Gedanken, in Zukunft bei der 5-Seiten- Bearbeitung auf 3-Achs Maschinen von Wendeplatten- Eckmesserköpfen auf diese neuen Werkzeuge zu wechseln“, schildert Alexander Brauner. „Wir sind nun viel schneller und die Lärmbelastung wurde aufgrund der Laufruhe erheblich reduziert. Zudem konnte bei vielen Anwendungen auf ein Schlichtspan verzichtet werden“, ergänzt Marco Heldmann seine Erfahrungen aus der Produktion. Auch bei anderen CobraLine® Partnern wurde das Werkzeug intensiv getestet und Gerhard Hagel sagt dazu: „Ich habe den CobraMill® SOLID CL-24315 VHM-Fräserauf meiner Maschine getestet. Dabei habe ich festgestellt, dass die passende Strategie beim Einsatz des Werkzeugs inklusive der Anpassung der Schnittdaten wichtig ist. So erreicht der Fräser seine absolute Höchstleistung. Unsere Kunden und ich sind auch von der Einfachheit des Konzepts begeistert, die Schnittdaten sind einfach zu finden und absolut verlässlich.“ Erhöhung des Zeitspanvolumens um bis zu 100% „Die Rückmeldungen der CobraLine® Partner haben unsere Ergebnisse bestätigt. Anschließend wurden sofort weitere Tests bei Kunden gestartet, um noch mehr Daten aus realen Anwendungen zu erhalten“, erinnert sich Detlef Gröbe. Er ist der „geistige Vater“ des gesamten CobraLine® Konzeptes, das erstmalig im Jahr 2015 veröffentlicht wurde. Ersetzten die Kunden bestehende Fräser lediglich 1:1 ohne weitere Veränderungen, dann stellten sich oftmals Verbesserungen der Standzeit im Bereich von ca. 10-20% ein. Aufgrund der neuen Eigenschaften des CobraMill® SOLID CL-24315 und zur Erreichung von wesentlich mehr Produktivität ist jedoch eine Anpassung der Schnittwerte empfehlenswert. Bei Anwendung der empfohlenen Schnittparameter stieg das Zeitspanvolumen in realen Anwendungen um bis zu 100%. Mit dem CobraMill® SOLID CL-24315 lassen sich so mit geringen Anpassungen auf Anhieb Teile schneller produzieren und mit einem Werkzeug auch mehr Teile fertigen. Ein echter Nutzen, der direkt mehr Produktivität in die Fertigung bringt. Die Kunden stellten neben der Universalität des Werkzeugs und der Prozessstabilität auch extreme Laufruhe bei hohen Vorschübenund Eingriffstiefen fest. Wir bekamen schon während der Testphase direkt Bestellanfragen mit hohen Stückzahlen für unseren neuen CobraMill® SOLID CL- 24315. Da die Serienproduktion im Jahr 2019 erst noch hochgefahren wurde, mussten die Kunden hier einige Wartezeiten in Kauf nehmen. Aufgrund der Fähigkeit 2xd Vollspur zu fräsen haben einige Kunden direkt die Bearbeitungsstrategie vom Trochoidalfräsen wieder auf Vollspurfräsen umgestellt, was ihnen eine Zeitersparnis einbrachte. Kontinuierliche Weiterentwicklung Im Jahr 2021 wurde dann eine erneute Testreihe mit unterschiedlichen Beschichtungen durchgeführt. Namhafte Beschichter wurden kontaktiert, um ihre aktuellen Hochleistungsbeschichtungen für den universellen Anwendungsbereich zu benennen und den CobraMill® SOLID CL-24315 damit zu beschichten. Im Ergebnis haben wir gesehen, dass für den universellen Bereich die bestehende BALINIT® Alcrona Pro Beschichtung von Oerlikon Balzers immer noch konkurrenzlos ist. Wir stellten aber auch fest, dass man beim Fräsen in abgegrenzten Materialgruppen mit alternativen Beschichtungen noch bessere Ergebnisse erzielen kann. Darum verfolgen wir das Thema weiter und befinden uns aktuell in der nächsten Weiterentwicklung des CobraMill® SOLID CL-24315. (c) Olrik Müller KFW-Team - Herzogenrath
