Optimaal samenspel tussen gereedschap, machine en strategie
Wanneer cyclustijd, kwaliteit, complexiteit, standtijd en kosteneffectiviteit niet ter discussie staan, is veel verspaningswerk te realiseren met standaard gereedschappen. In gevallen waar deze termen wel onder druk staan, bieden gereedschapsfabrikanten steeds vaker gespecialiseerde gereedschappen aan voor bewerkingstaken die even uniek zijn als de werkstukken zelf. Mapal werkt samen met Elha Maschinenbau Liemke aan het optimaliseren van bewerkingsprocessen met behulp van gespecialiseerde gereedschappen.
Bij grote productieseries zijn cyclustijden, standtijden en gereedschapskosten belangrijke eigenschappen voor een kosteneffectieve productie. Om een maximale efficiëntie te behalen is een optimaal samenspel tussen bewerkingsmachine, gereedschap en bewerkingsstrategie essentieel. Om dit te realiseren zijn Elha en Mapal een samenwerking gestart. Het Duitse Elha is een middelgrote producent van speciale machines. Het bedrijf ontwikkelt voornamelijk productiemodules voor massaproductie (> 100.000 identieke of gelijkwaardige onderdelen). Bij deze modules worden de gereedschappen zelf niet verplaatst, maar de onderdelen langs de gereedschappen geleid.
De werkstukken worden van elke gereedschapsrij naar de volgende verplaatst met behulp van een opspaninrichting, waardoor de kortst mogelijke spaan-tot-spaan-tijden worden bereikt. Het modulaire systeem kan worden uitgerust met verschillende multi-spindelmodules. Voor nog meer flexibiliteit kunnen revolvers worden gebruikt die ruimte bieden aan maximaal 128 direct aangedreven gereedschappen. Bij de ontwikkeling van een nieuwe productiemodule plaatst Elha het werkstuk en de bewerkingstechniek vanaf de start centraal. Dankzij de samenwerking met Mapal kan nu ook het gereedschap meegenomen worden in de ontwikkeling, zodat machine, werkstuk en gereedschap optimaal op elkaar afgestemd kunnen worden. Vooral bij uitdagende geometrieën is dit een belangrijk pluspunt.
Minder bewerkingsstappen
Om het productieproces zo goed mogelijk in te richten, maakt Mapal vaak prototype gereedschappen. Deze worden gebruikt om tests uit te voeren met het te bewerken onderdeel. De gegevens die daarbij vrijkomen helpen machinebouwers om de machine optimaal in te stellen. De samenwerking met Elha op dit gebied heeft al geresulteerd in een aantal mooie projecten. Zo hebben de twee partners het boorproces in een aluminium draagarm samen geoptimaliseerd. Voorheen gebruikte een klant van Elha gereedschappen met hardgesoldeerde PCD-snijkanten. Om de bewerkingstijd zo laag mogelijk te houden, werden deze boren met zeer hoge voedingen gebruikt.
De nadelen van deze oplossing waren het hoge aandrijfvermogen dat nodig was en de te lage standtijd van de PCD-snijkanten. Mapal en Elha kwamen samen tot een oplossing met een hybride gereedschap. Men kwam tot een gereedschap met drie CVD-diamantgecoate, ISO-indexeerbare wisselplaten voor het boren in massief materiaal. Voor meer efficiëntie werd ook een tweede productiestap, namelijk het maken van de fitting, als tweede bewerkingsstap aan het gereedschap toegevoegd. Hiervoor werd het gereedschap ook nog eens uitgerust met gesoldeerde PCD-snijkanten. Het team wist hiermee een extra bewerkingsstap uit het bewerkingsproces te nemen. De onderzoekstechnici van Mapal hebben het nieuwe gereedschap getest in hun eigen R&D-centrum. De resultaten waren opmerkelijk.
Naast de lagere kosten van de wisselplaten, betekende de positieve snijgeometrie dat er minder aandrijfvermogen nodig was. Bovendien leverde de vorige oplossing vaak lange spanen op – met het nieuwe gereedschap was dit probleem opgelost. De wisselplaten op de punt van de boor, die onder aanzienlijke spanning staan, kunnen nu snel en eenvoudig worden omgedraaid of vervangen. Hierdoor worden ook de onderhoudskosten merkbaar verlaagd. In totaal werden de productiekosten van de fabrikant van draagarmen voor elke geboorde boring met meer dan 50 procent verlaagd.
Voor een minimale axiale afwijking roteren de werkstukken in de opspaninrichting tijdens het verspanen in tegengestelde richting van de diepgatboor.
Lagere gereedschapskosten
Elha heeft ook samen met Mapal gewerkt aan een efficiënte oplossing voor het bewerken van gesmede draagarmen. Het doel was procesbetrouwbare gereedschappen te ontwikkelen zonder de cyclustijd negatief te beïnvloeden. Voor de draagarm moest aan het uiteinde van de arm een juk worden gefreesd. Tijdens het bewerkingsproces met vier spillen vereist het langspanende werkstukmateriaal een zeer hoog aandrijfvermogen van de machine. Daarnaast heeft de binnencontour van het onderdeel een aantal hoeken en radii, waardoor het verwijderen van spanen tijdens het frezen moeilijk wordt.
Om korte procestijden te garanderen, heeft Mapal een schijffrees ontwikkeld met ISO-wisselplaten die voorbewerken én nabewerken met minimaalsmering in slechts één cyclus mogelijk maakt. De wisselplaten zijn bekleed met een CVD-coating. De nauwkeurig gedefinieerde plaatsing van de afzonderlijke wisselplaten beperkt het benodigde aandrijfvermogen. Een positief neveneffect van het gebruik van de schijffrees was de verkorting van de cyclustijd, aangezien er maar één snede nodig is. Bovendien neemt het gereedschap slechts één rij spillen in beslag, waardoor de resulterende gereedschapskosten voor de eindklant worden verlaagd.
Kortere cyclustijden
Een kijkje in een productiemodule van Elha Maschinenbau die is uitgerust met twee spilrevolvers en twee viervoudige spilrijen.
Dankzij de nauwe samenwerking kan Mapal zelfs al in de planningsfase nieuwe gereedschapsoplossingen ontwikkelen en intensief testen. Voor een producent van onderdelen voor het brandstofsysteem van benzinemotoren, is een boor ontwikkeld voor het diepgatboren (300 mm) van een moeilijk te bewerken materiaal. De uitdaging hierbij was dat de boor een zo min mogelijke axiale afwijking mocht hebben om aan de nauwe toleranties van het werkstuk te voldoen. Bovendien moesten de productiviteit en de standtijd van het gereedschap omhoog. De nieuwe tweesnijdende volhardmetalen boor van Mapal voldoet aan deze eisen.
De standtijd van het gereedschap ging met bijna een factor 3 omhoog. Om de axiale afwijking zo klein mogelijk te maken kwamen de twee partners met een bijzondere oplossing, namelijk dat de werkstukken in de opspaninrichting tijdens het verspanen in tegengestelde richting van de boor draaien. Hierdoor kan de afwijking van de boring nog verder worden verkleind. Dit leidt ook tot aanzienlijke voordelen voor de cyclustijd. En met wel vijf miljoen onderdelen per jaar, heeft dat een grote impact op de productiekosten.
Vraag naar speciaal gereedschap groeit
In Nederland vertegenwoordigt Laagland de gereedschappen van Mapal. Volgens Michel Francken, productspecialist bij Laagland, groeit de vraag naar speciaal gereedschap gestaag: “De meeste gereedschappen die wij leveren van Mapal zijn speciaal gereedschappen. En die vraag neemt mede door een stijgende automatiseringsgraad toe.”
Door automatisering en de vraag naar langdurig onbemand produceren hebben veel bedrijven een tekort aan beschikbare ruimte in het gereedschapsmagazijn. Een toenemende trend daardoor is dat steeds vaker wordt gekeken of er verschillende bewerkingen in één gereedschap gecombineerd kunnen worden.
Hierdoor wordt er ruimte bespaard in het gereedschapsmagazijn en kunnen bewerkingen zoals boren, frezen en ruimen in één cyclus zonder gereedschapswisselingen uitgevoerd worden. “Magazijnuitbreiding is vaak een dure oplossing, waardoor men steeds vaker het aantal benodigde gereedschappen wil reduceren. Door bewerkingen in één gereedschap te combineren kunnen bedrijven ruimte vrij maken in het gereedschapsmagazijn en tevens de bewerkingstijd reduceren. Daarnaast is de nauwkeurigheid van combinatiegereedschappen en het verminderen van de gereedschapswissels ook vaak doorslaggevend”, aldus Francken.
Laagland helpt bedrijven om dit traject te doorlopen. Door in kaart te brengen wat de benodigde bewerkingen zijn en tevens de machinekarakteristiek te bepalen, kunnen kan Laagland in samenwerking met Mapal geoptimaliseerde speciaal gereedschappen leveren.
