Duurzaam gereedschap verkort de cyclustijden voor uitdagende draai- en schilbewerkingen

Weingärtner combineerde een draaischilkop op zijn Vario+ 700-werktuigmachine met negen voorbewerkingswisselplaten en één nabewerkingswisselplaat, allemaal met Kennametal's KCU25B hardmetaalkwaliteit. Omdat gereedschapsdefecten of grote dalingen in de standtijd zowel het werkstuk als de kop kunnen beschadigen, moest de bewerking binnen één enkele opspanning worden voltooid zonder gereedschapswisselingen. Alle afbeeldingen met dank aan Weingärtner.

Het draaien van bijna 60 millimeter austenitisch roestvast staal 1.4435 uit een stuk van 3.900 mm lengte is al een veeleisende klus. Dit doen zonder gereedschapswissel is vrijwel onmogelijk. Maar onlangs kwam een klant van Weingärtner, een Oostenrijkse OEM van werktuigmachines voor complexe, roterende componenten, met deze taak naar het bedrijf.

Hoewel Weingärtner met de klant kon overleggen en een van zijn Vario+ 700-machines kon aanbieden om de klus te klaren, konden de meeste gereedschappen die ze probeerden niet voldoen aan de vereisten voor de standtijd. Uiteindelijk ging de OEM samenwerken met gereedschapsbedrijf Kennametal, wiens gereedschap van KCU25B-kwaliteit duurzaam genoeg bleek om het hele bewerkingsproces mee te gaan - en het proces vervolgens verder te stuwen.

Aanbevolen inhoud

De Turn-Peeling-uitdaging

Daniel Weber, procesonderzoeker bij de softwareontwikkelingsafdeling van Weingärtner, zegt dat het bedrijf trots is op complete oplossingen, met klantadvies, een catalogus van modulaire machines, een intern CAD/CAM-systeem (WeinCAD) voor spiraalvormige componenten, service en meer. Dus toen de klant die de Vario+ 700 had gekocht met een draai-schilkop om 60 excentrische pompen te produceren onderdelen moest leveren voordat hij klaar was met de voorbereiding van de fabriek om de nieuwe machine te huisvesten, kwam Weingärtner tussenbeide om de onderdelen te produceren en het bewerkingsproces te ontwerpen.

De gespecialiseerde WeinCAD CAD/CAM-software van Weingärtner bood een simulatiemethode voor spiraalvormige componenten zoals de pomprotoren, waardoor de OEM zijn procesoplossing kon testen zonder de draai-afpelkop te riskeren.

De onderdelen zouden uit voorraad worden voorgedraaid tot een diameter van 160 mm en een lengte van 3.900 mm. Door de hoofddraaiende schilbewerking ontstaat een excentrische contour op de pomprotor, met een uiteindelijke diameter van 100,5 mm. Bij het draaien-afpellen wordt het onderdeel in een gespreide reeks van verschillende voorbewerkingswisselplaten en één nabewerkingswisselplaat ingeschakeld om korte, gemakkelijk gebroken spanen te bevorderen die het gereedschap tijdens de cyclustijd van 150 minuten niet zouden hinderen. Het creëren van de excentrische vorm vereiste ook zowel onderbroken als doorlopende sneden, evenals een excentrische positie voor de draai-schilkop, een omstandigheid die de toegang tot de kop moeilijk maakte en het wisselen van gereedschap tot ongeveer een half uur per stuk zou duren. Gereedschapswisselingen zouden ook de oppervlakteafwerking beïnvloeden, zelfs onder de beste omstandigheden, wanneer een gereedschapsfout of een grote daling van de standtijd het werkstuk en de schilkop niet zou beschadigen.

Als zodanig zouden snijgereedschappen en wisselplaten de gehele cyclustijd van elk onderdeel moeten meegaan – een uitdaging die nog moeilijker wordt gemaakt door het austenitische roestvrijstalen 1.4435-materiaal van het onderdeel. Dit is een taai materiaal met een slechte thermische geleidbaarheid en de neiging om uit te harden, factoren die strenge eisen stellen aan het snijgereedschap. Veel van de door Weingärtner geteste snijgereedschappen konden niet voldoen aan de vereisten voor de standtijd van het werk, dus werkte de OEM van de machine samen met Kennametal om gereedschap te vinden dat zou voldoen aan de behoeften van deze veeleisende klus.

Elke rotor die Weingärtner en zijn klanten produceren, wordt voorgedraaid tot een diameter van 160 millimeter voordat hij de Vario+ 700 ingaat voor het draaien van de schil. Het proces verwijdert bijna 60 millimeter materiaal over de gehele lengte van 3.900 millimeter van het onderdeel.

Een solide (carbide) oplossing

Na het analyseren van de snijgegevens van Weingärtner en het aanpassen van enkele geometrieën, adviseerde het Kennametal-team de hardmetaalsoort KCU25B. Deze kwaliteit maakt gebruik van de drielaagse KENGold PVD-coating van het bedrijf, die volgens Kennametal de weerstand tegen thermische vervorming, randslijtage en algemene slijtage verbetert, waardoor de duurzaamheid van het gereedschap wordt verbeterd.

“De standtijd was vanaf het begin indrukwekkend, de oppervlaktekwaliteit was consistent en de spaanbeheersing was betrouwbaar”, zegt Weber, waarbij hij opmerkte dat het gereedschap op betrouwbare wijze aan de noodzakelijke standtijd van 150 minuten kon voldoen. Voor de toepassing in kwestie heeft Weingärtner zijn draaischilkop gecombineerd met negen voorbewerkingswisselplaten die werken met een axiale snedediepte van 5,5 mm en één nabewerkingswisselplaat die werkt met een axiale snedediepte van 2,0 mm.

Weingärtner bereikte met deze gereedschappen oppervlakteafwerkingen van een Ra van 2,2 micrometer en een Rz van 9,5 micrometer, een resultaat dat volgens het bedrijf de hoeveelheid slijpwerk vermindert die nodig is in latere productiefasen. De gereedschappen zijn ook zo duurzaam gebleken dat Weingärtner en zijn klant agressievere snijparameters kunnen gebruiken dan verwacht. Zoals Markus Pleyer, de verkoopingenieur van Kennametal voor het project, zegt:“Door het proces te optimaliseren, hebben we de bewerkingstijd teruggebracht van 150 naar 126 minuten – met consistent uitstekende resultaten.”