Kombinationsbearbeitung aus Hartdrehen und Schleifen.

Nu ein Beispiel für die innovativen Bearbeitungsprozesse, die auf der GrindingHub in Stuttgart gezeigt werden: Diese Kombinationsbearbeitung aus Hartdrehen und Schleifen sorgt für schnelle Prozesse und eine hohe Bearbeitungsqualität. (Bild: Emag)

Fertigungsprozesse zu kombinieren, zahlt sich für produzierende Unternehmen häufig aus. Das gilt auch für die Schleif- und Feinbearbeitungstechnologien. Kommen moderne Automations- und Digitalisierungskonzepte hinzu, lassen sich deutliche Produktivitätssteigerungen für mehr Wettbewerbsfähigkeit erzielen.

Die Messe GrindingHub bietet einen kompakten Marktüberblick für Produktionstechnologien in diesem Umfeld. Die international ausgerichtet Messe für Schleiftechnik findet vom 17. bis 20. Mai 2022 in Stuttgart statt. Hier lesen Sie, welche Trends auf der Messe von den Ausstellern bedient werden:

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Vielfalt der zu fertigenden Getriebe-Varianten: Wie Sie die dadurch entstehenden Herausforderungen meistern

Große Stückzahlen, enormer Kostendruck und präzise Fertigungsabläufe zählen zu den hohen Hürden im Getriebebau. Und sie werden sogar noch weiter steigen, denn die Veränderungen in der Automobilindustrie betreffen gerade diesen Bereich besonders. Es gilt, künftig deutlich mehr Getriebe-Varianten herzustellen.

Wie begegnen Firmen dieser Herausforderung? Eine eindrucksvolle Antwort gibt der Maschinenbauer Emag aus Salach mit einer neu entwickelten Baureihe. Deren große Stärke ist, dass sie dank der Kombination aus Schleifen und Drehen – plus weiterer Verfahren – inklusive Automation zahlreiche Fertigungslösungen gestattet. Die vollständige spanende Bearbeitung von Getriebebauteilen lässt sich damit abbilden.

Inzwischen hat das Unternehmen eine weitere Maschine im Portfolio: Sie ist zum einen größer und für Bauteile bis zu 350 Millimeter Durchmesser ausgelegt. Zum anderen gibt es erstmalig die Option, eine Schleifspindel mit NC-Schwenkachse zu integrieren. Auf ihr befindet sich beispielsweise ein zylindrischer Schleifkörper, mit dem sich innenliegende Bohrungen schleifen lassen.

„Wir haben unter anderem Herstellungsprozesse mit kleineren Losgrößen im Blick, bei denen es zwangsläufig zu vielen Umrüstprozessen kommt“, erklärt Markus Isgro aus der Kommunikationsabteilung von Emag. „In so einem Anwendungsfall ist es natürlich von Vorteil, wenn die Maschine von vorneherein verschiedene Schleifspindeln beinhaltet. Dazu steht genügend Platz im Arbeitsraum zur Verfügung. Sie ist dann auf alle Aufgaben vorbereitet.“

Folglich kann in der Werkzeugmaschine die klassische Hartbearbeitung von Getrieberädern und vielen weiteren Futterteilen mit Innenkegeln erfolgen – vom Hartdrehen der Planflächen über das Vordrehen der Bohrung und des äußeren Synchronkegels bis hin zum Fertigschleifen dieser Konturen.

„Emag steht auf der GrindingHub 2022 mit seinem Erfahrungswissen im Bereich hybrider Bearbeitungstechnologien als Ansprechpartner gerne zur Verfügung“, so Isgro.

Dreh-Schleif-Maschine von Emag.
Dreh-Schleif-Maschine von Emag: Unterschiedliche Hartbearbeitungsprozesse an Futterteilen bis zu einem Durchmesser von 350 Millimeter laufen hier hintereinander und in einer Aufspannung ab. (Bild: Emag)

Nachbearbeitung bei Additiver Fertigung: Speziell abgestimmte Prozesse werden nötig

Der Vormarsch additiver Fertigungsverfahren scheint unaufhaltsam, denn sie überzeugen durch eine ganze Reihe von Vorteilen. Neben Produktivitätsgewinnen wie dem Verzicht auf klassischen Werkzeugbau und flexible Produktion erlaubt die große geometrische Gestaltungsvielfalt auch die Umsetzung komplexerer Bauteile. Das hohe Maß an Flexibilität sorgt dafür, dass sich inzwischen auch kleine bis mittlere Stückzahlen mit industriellem 3D-Druck umsetzen lassen.

Allerdings bleibt eine Nachbearbeitung meist nicht aus. Je nach Bauteil und Prozess gilt es, mögliche Hilfs- und Stützstrukturen des additiven Verfahrens zu entfernen. Sonst müssen Oberflächenbearbeitungen wie Fräsen, Schleifen oder Superfinish und eine Bauteilkontrolle vorgenommen werden. Weitere Abläufe wie das Reinigen und Markieren von Bauteilen sind genauso denkbar wie das gesamte Handling inklusive Sortierung und Verpackung.

Was Sie schon immer über additive Fertigung wissen wollten

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Für mehr Effizienz ist es allerdings notwendig, sowohl die additive als auch die subtraktive Fertigung als hybrides System zu erfassen. Schon beim Bestimmen des 3D-Modells müssen die Bedürfnisse der Nachbearbeitung einfließen. Zu viel Materialauftrag führt zu erhöhten Kosten, zu wenig macht die Nachbearbeitung des Werkstücks schwierig bis unmöglich. Im Idealfall findet eine direkte Datenintegration entlang der Prozesskette statt. In der Praxis heißt das: Die Prozesse sind präzise aufeinander abgestimmt und werden ohne weiteres Werkstückhandling durchgeführt.

Robotergestützte und automatisierte Lösungen wie die innovative Fertigungszelle für automatisierte Oberflächenbearbeitungen der Supfina Grieshaber aus Wolfach setzen genau hier an. In nur einer Aufspannung lassen sich Prozesse flexibel kombinieren und nahtlos in die Produktion integrieren. Das führt sowohl zu einer hohen Oberflächentreue als auch zu verbesserter Wirtschaftlichkeit. Das Thema vertiefen die Schwarzwälder Spezialisten als Aussteller gerne auch in Stuttgart.

Vorteile mit hybriden Fertigungslösungen.
Vorteile mit hybriden Fertigungslösungen: In nur einer Aufspannung lassen sich unterschiedliche Bearbeitungsprozesse flexibel kombinieren und nahtlos in die Produktion integrieren. (Bild: Supfina Grieshaber)

Präzisionssteigerung bei Werkzeugen: Schleifprozess wird immer wichtiger

Die Entwicklung von immer komplexeren und präziser arbeitenden Werkzeugen aus unterschiedlichen Materialien stellt eine Herausforderung für die Herstellung von Werkzeugschleifmaschinen dar.

„Nicht alle Materialien oder Kombinationen davon lassen sich durch Schleifen final bearbeiten“, weiß Siegfried Hegele, Produktmanager Applications bei der Walter Maschinenbau, Tübingen. „Hier sind auch Technologien wie das Erodieren oder Lasern gefordert, inklusive Messtechnik. Walter und Ewag bieten als System- und Lösungsanbieter die für jeden Werkzeugbearbeitungsfall passende Lösung aus einer Hand – auch zu sehen auf der GrindingHub.“

Der Fertigungsprozess beispielsweise eines PKD-bestückten Fräswerkzeugs basiert auf mehreren Schritten. Hierbei wird ein gesintertes Hartmetallwerkzeug zunächst rundgeschliffen. Anschließend erfolgt das Schleifen der Spanräume. Um diese Arbeitsschritte effizient durchzuführen, ist eine Maschine mit hoher Spindelleistung notwendig.

Der nächste Schritt umfasst das Schleifen von Plattensitzen in den Hartmetallkörpern. Anders als zu Beginn wird hier wegen der kleinen Schleifstifte eine hohe Drehzahl benötigt. Bevor als Nächstes gelötet werden kann, ist zu kontrollieren, ob die Toleranzen bei den Schleifvorgängen eingehalten worden sind. Dies geschieht idealerweise auf einer automatischen CNC-Messmaschine.

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Als nächster Schritt sollten die vorab aus einem PKD-Rondell ausgeschnittenen PKD-Platten in die Plattensitze gelötet werden. Hierbei wird der polykristalline Diamant kurzzeitig bis annähernd auf Graphitisierungstemperatur erhitzt. Danach muss das Werkzeug gereinigt werden und es ist zu entscheiden, welche Technologie für das Bearbeiten des PKD infrage kommt.

Hier kann eine Kombinationsbearbeitung mit verschiedenen Technologien, zum Beispiel Schleifen und Erodieren, deutliche Vorteile bringen. Abschließend erfolgt eine erneute Messung zur Qualitätskontrolle.

Hohe Spindelperformance.
Für das Schleifen der Plattensitze ist eine Werkzeugmaschine mit hoher Spindelperformance erforderlich. (Bild: Walter Maschinenbau)

Hybride Fertigungskonzepte: Die Kombination von Bearbeitungen verkürzt Prozesse

Auch die Kombination von Fertigungsprozessen eröffnet neue Potenziale in der Produktion. Die klassische Motivation zur hauptzeitparallelen Bearbeitung eines Werkstücks innerhalb einer Maschine, die beispielsweise über mehrere Spindeln verfügt, ist die Verringerung der Zykluszeit. Grundsätzlich sind die dafür erforderlichen Maschinen jedoch mit hohen Investitionskosten verbunden und aufgrund der geringen Flexibilität nur für große Stückzahlen wirtschaftlich.

Des Weiteren kann die Hybridbearbeitung auf einer Maschine sowohl zur Steigerung von Qualität, Produktivität und Prozesssicherheit beitragen, da weniger Fehler durch das Spannen sowie den Transport von Bauteilen auftreten.

Elastisch gebundene Polierschleifscheibe.
Bei größeren Zahnrädern steht die schleifmaschinen­integrierte Nachbearbeitung durch elastisch gebundene Polierschleifscheiben oder abrasive Bürstwerkzeuge im Fokus. Ziel ist es, die Qualität und Produktivität sowie die Nachhaltigkeit der Prozesskette zu verbessern. (Bild: IWF TU Berlin)

Neben einer Kombination aus Schleiftechnologie und trennenden Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide ist auch das Zusammenspiel unterschiedlicher Schleifverfahren innerhalb einer Maschine höchst sinnvoll. Bei Verzahnungen wird beispielsweise die Bearbeitung durch spezielle Finishingverfahren zunehmend innerhalb der Schleifmaschine durchgeführt. Für das Finishing sind bislang oft zusätzliche Anlagen etwa für das Gleitschleifen notwendig, die häufig nur bei externen Dienstleistern zur Verfügung stehen.

„Bei der Herstellung von Verzahnungen in der Automobilindustrie fand in der Vergangenheit aus Kostengründen nur selten eine Nachbearbeitung statt. Hier kommen nun immer mehr hybride Werkzeugkonzepte zum Einsatz, mit denen sich sowohl die Schleif- als auch die Finishingbearbeitung durchführen lassen“, weiß Prof. Eckart Uhlmann, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) in Berlin. Er ist zudem Mitglied in der WGP (Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik), einem Zusammenschluss führender Professorinnen und Professoren der Branche.

Quelle: VDW

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