anwenderreportage

Standzeit-Erhöhung um Faktor 10

Der Spezialist für faserverstärkte Kunststoffbauteile W. Piekenbrink GmbH steigert mit Hilfe von Hartmetall-Bohr- und Fräswerkzeugen von HAM die Produktivität und die Qualität bei der Bearbeitung faserverstärkter Kunststoffteile für Luftfahrt- und Automotive-Anwendungen. Autor: Edgar Grundler / Freier Redakteur

Die Spannsituation zur Komplettbearbeitung eines labilen Composite-Bauteiles auf einem CNC-Portalfräszentrum.

Die Spannsituation zur Komplettbearbeitung eines labilen Composite-Bauteiles auf einem CNC-Portalfräszentrum.

Björn Piekenbrink
Geschäftsführer der W. Piekenbrink GmbH.

„Mit den speziellen Hartmetallwerkzeugen von HAM haben wir entscheidende Fortschritte gemacht und konnten damit die Prozesssicherheit spürbar erhöhen.“

Für immer mehr technische Anwendungen scheint der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen die beste Lösung zu sein – wenn die CFK- oder GFK-Teile am Ende nicht so teuer wären. Doch wie so oft kommt es auch hier darauf an, was man daraus macht.

Eine ganzheitliche Sichtweise vorausgesetzt – und nichts anderes macht hier wie anderswo Sinn – bieten faserverstärkte Kunststoffteile derart viele technische Vorteile, sodass höhere Kosten dafür durchaus berechtigt sind. Ressourcenschonung, Materialeffizienz, Energieeinsparungen, Langlebigkeit auf der einen Seite, stabiler- und crashfester Leichtbau, Sicherheits- und Feuerschutzaspekte auf der anderen Seite sowie schließlich Formbarkeit und Bearbeitung: dies alles gilt es bei der Kosten-/Nutzen-Kalkulation bezüglich Bauteile-Alternativen aus Faserverbundwerkstoffen tunlichst zu berücksichtigen.

Dabei kommt vor allen Dingen dem Bereich der mechanischen Bearbeitung von CFK-/GFK-Bauteilen eine besondere Bedeutung zu. Denn die zum Teil hoch abrasiven Werkstoffe bringen starken Werkzeugverschleiß mit sich und dieser steht einer reproduzierbar prozesssicheren, sprich: genauen und wirtschaftlichen Bohr- und Fräsbearbeitung sozusagen diametral entgegen. Wer weiß dies besser als die praxiserprobten Spezialisten des mittelständischen Unternehmens W. Piekenbrink GmbH (D), die sich seit Jahren ausschließlich mit der Herstellung von Composite-Strukturteilen beschäftigen.

Fräsbearbeitung einer Teilfläche des quasi „freischwebenden“ Composite-Bauteiles: Durch den geringen Schnittdruck (spezielle Auslegung der Schneidengeometrie) wird vibrationsarm und damit präzise sowie reproduzierbar exakt auf das Dickenmaß gefräst.

Fräsbearbeitung einer Teilfläche des quasi „freischwebenden“ Composite-Bauteiles: Durch den geringen Schnittdruck (spezielle Auslegung der Schneidengeometrie) wird vibrationsarm und damit präzise sowie reproduzierbar exakt auf das Dickenmaß gefräst.

Marcel Klose
Teamleiter bei der W. Piekenbrink GmbH.

„Mit dem Umstieg von manueller Bohr- und Fräsbearbeitung mit konventionellen Hartmetall-Werkzeugen auf die CNC-Bearbeitung mit den PKD- und VHM-Werkzeugen von HAM sind wir entscheidend weitergekommen und arbeiten insgesamt deutlich produktiver.“

CFK-/GFK-Bauteile-Kompetenz…

Das Leistungsspektrum umschreibt einer der heutigen Geschäftsführer, Björn Piekenbrink, wie folgt: „Wir sind als Dienstleister vom Prototyping über die Modell-/Werkzeug- und Hilfsmittelfertigung und die Serienproduktion bis zu vierstelligen Stückzahlen pro Jahr nach höchsten Qualitätsmaßstäben der Partner für unsere Kunden. Unsere Produktion stützt sich auf alle zur Produktion und Komplettbearbeitung relevanten Einrichtungen wie CAD-/ CAM-Systeme, Prepreg-Laminiermaschinen, Autoklaven, NC-Cutter, CNC-Fräsmaschinen und computergesteuerte Messtechnik. Zur Komplettierung eines Werkzeugsatzes werden je nach angestrebter Stückzahl und gewähltem Produktionsverfahren, selbstentwickelte PVB`s (Permanent Vacuum Bags) verwendet, die neben einer hohen Prozess- und Reproduktions-Sicherheit auch eine hohe Material- und Arbeitseffizienz gewährleisten. Schwierig gestaltet sich nach wie vor die mechanische Fertigbearbeitung durch Bohren und Fräsen, vor allem die Auslegung und die Standzeiten der Zerspanwerkzeuge betreffend. Mit den speziellen Hartmetallwerkzeugen von HAM haben wir hier jedoch entscheidende Fortschritte gemacht und konnten damit über drastisch erhöhte Standzeiten die Prozesssicherheit spürbar erhöhen.“

Doch der Reihe nach: Bis vor kurzem setzte man bei W. Piekenbrink für die mechanische Fertigbearbeitung konventionelle Hartmetall-Bohr- und Fräswerkzeuge ein. Besonders die Bearbeitung von CFK-Bauteilen brachte anhaltend unbefriedigende Ergebnisse, weshalb sich Björn Piekenbrink und Marcel Klose, Teamleitung Zerspanung/Kundenbetreuung Fertigungsmittel, nach Alternativen umsahen. Zum einen ergaben sich beim Bohren (Durchstechen des verstärkenden Aramid-Gewebes) Probleme mit Ausbrüchen und Ausfransungen, zum anderen erforderte der Verschleiß des Öfteren einen Werkzeugwechsel und natürlich die entsprechende Vorhaltung von Ersatzwerkzeugen.

Anlässlich einer speziellen Fachmesse für Composite-Bauteile und deren Herstellung kamen Piekenbrink-Mitarbeiter mit der HAM Hartmetallwerkzeugfabrik Andreas Maier GmbH in Kontakt. HAM zählt international zu den führenden Werkzeugherstellern für die Bearbeitung von CFK-/GFK-Bauteilen.

Sarah Fussenegger (rechts), Kunststoffwerkerin und zuständig für die Bedienung des CNC-Portalfräszentrums, in der Mitte Björn Piekenbrink, Geschäftsführer, und links Marcel Klose, Teamleitung Zerspanung/Kundenbetreuung Fertigungsmittel, alle von W. Piekenbrink GmbH, vor dem neuen CNC-Portalfräszentrum für die automatisierte Komplettbearbeitung von Composite-Bauteilen.

Sarah Fussenegger (rechts), Kunststoffwerkerin und zuständig für die Bedienung des CNC-Portalfräszentrums, in der Mitte Björn Piekenbrink, Geschäftsführer, und links Marcel Klose, Teamleitung Zerspanung/Kundenbetreuung Fertigungsmittel, alle von W. Piekenbrink GmbH, vor dem neuen CNC-Portalfräszentrum für die automatisierte Komplettbearbeitung von Composite-Bauteilen.

Infos zum Anwender

Im Jahr 1979 von Waldemar Piekenbrink als ein klassischer Modellbau- und Formenbaubetrieb gegründet, konzentrieren sich heute bei der W. Piekenbrink GmbH in Laupheim rund 70 Beschäftigte auf die gesamte Prozesskette zur Herstellung von CFK- und GFK-Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt sowie den Automotive-Bereich.
www.piekenbrink.de

… trifft auf Zerspanwerkzeuge-Kompetenz

Steffen Baur, technischer Verkaufsberater/Project-Engineer bei HAM und zuständig für den Kunden Piekenbrink, führte zur Aufgabenstellung aus: „Bei der Bohr- und Fräsbearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen ergeben sich durch den schichtweisen Materialaufbau große Herausforderungen an die Werkzeuge. In den meisten Fällen führt die Kombination aus Bohr-/Frässtrategie (Zirkularfräsen der Decklagen, Zirkularfräsen der Durchgangsbohrung und/oder Spiralfräsen auf den Nenndurchmesser) sowie den geeigneten Werkzeugen zum Erfolg. Entsprechende Untersuchungen führte das wbk/kit in Karlsruhe unter dem Titel „Schädigungsminimierung bei der Zerspanung faserverstärkter Kunststoffe“ durch. So weit so gut – jedoch gingen wir einen anderen Weg, um die Bohr- und Fräs-Bearbeitungen jeweils mit nur einem Werkzeug, also ohne Werkzeugwechsel und entsprechende unproduktive Nebenzeiten, durchführen zu können, nämlich allein durch die Optimierung unserer Bohr- und Fräswerkzeuge. Für die Bohrer wählten wir den Schneidstoff PKD und einen speziellen Anschliff, um Delamination, Gratbildung oder Faserüberstände sowie Wärmeeintrag zu vermeiden, die Bohrungsqualität zu verbessern und schließlich die Standzeiten zu erhöhen. Für die Fräser wählten wir einen speziellen Vollhartmetall-Schneidstoff, ebenfalls eine besondere Schneidengeometrie, um die Schwingungen zu reduzieren und eine ta-C-Beschichtung.“

Die Ergebnisse können sich in jeder Hinsicht sehen lassen, insbesondere, was die Bohrbearbeitung anbelangt. Waren die früher verwendeten VHM- Bohrwerkzeuge nach ca. 3.000 Bohrungen verschlissen, so sind die jetzt genutzten PKD-Bohrwerkzeuge mit Spezialanschliff nach rund 30.000 Bohrungen immer noch nicht am Ende. Dieser große Erfolg führte dazu, alle konventionellen VHM-Bohrer gegen die PKD-Bohrwerkzeuge (Durchmesserbereich 3,0 bis 7,0 mm) von HAM auszutauschen. Darüber hinaus setzt die Abteilung Zerspanung von W. Piekenbrink nun auch auf die VHM-Fräswerkzeuge (Durchmesserbereich 8,0 bis 20,0 mm) mit ta-C-Beschichtung von HAM.

Auswahl der bei W. Piekenbrink GmbH zur CNC-Komplettbearbeitung von Composite-Bauteilen im Einsatz befindlichen PKD-Bohrwerkzeuge und beschichteten VHM- Fräswerkzeuge von HAM.

Auswahl der bei W. Piekenbrink GmbH zur CNC-Komplettbearbeitung von Composite-Bauteilen im Einsatz befindlichen PKD-Bohrwerkzeuge und beschichteten VHM- Fräswerkzeuge von HAM.

Mit PKD-Bohrern und ta-C-beschichteten VHM-Fräswerkzeugen zum Erfolg

Für den Teamleiter Marcel Klose hat sich die Zusammenarbeit mit HAM und der direkte Kontakt zur Technik von HAM bestens bewährt und zahlt sich mehr denn je aus: „Die Abstimmung auf kurzem Wege und auf Zuruf führte innerhalb sehr kurzer Frist zum vollen Erfolg. Nach Auswahl der Bohr- und Fräswerkzeuge führten wir zunächst eine Erprobungsphase durch, die lediglich noch eine Optimierung der Schnittdaten nach sich zog. Seitdem arbeiten wir mit den Werkzeugen als Standardausrüstung. Mit dem Umstieg von manueller Bohr- und Fräsbearbeitung mit konventionellen Hartmetall-Werkzeugen auf die CNC-Bearbeitung mit den PKD- und VHM-Werkzeugen von HAM sind wir entscheidend weitergekommen und arbeiten insgesamt deutlich produktiver. Außerdem sind die Kosten für die PKD- und VHM-Werkzeuge mehr als gerechtfertigt, weil wir die Bearbeitungs-Effizienz und die Teile-Qualität steigern konnten.“

Marcel Klose ergänzt abschließend: „Als zusätzlicher positiver Aspekt ist noch die Möglichkeit des Nachschleifens und Neubeschichtens der Fräswerkzeuge anzuführen. Zwar bietet HAM auch diamantbeschichtete VHM-Fräser an, die aber nicht nachgeschliffen werden können und demnach als Einwegwerkzeuge zu betrachten sind. Da wir pro Jahr etwa 3.000 Composite-Bauteile produzieren – und weil sich die Stückzahlen jedes Jahr verdoppeln – sehen wir für uns wirtschaftliche Vorteile, wenn die Fräser nachzuschleifen sind. Überhaupt sehen wir uns mit der CNC-automatisierten Fertigbearbeitung und mit den PKD- sowie VHM-Werkzeugen von HAM sehr gut aufgestellt, um die Kundenwünsche nach qualitativ hochwertigen und einbaufertig bearbeiteten Composite-Bauteilen flexibel und termingerecht erfüllen zu können.“

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