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KleinstserienfertigungAudis Vorseriencenter braucht Universalwerkzeuge

Audi Q2

In der Versuchsteilefertigung bei Audi in Ingolstadt werden anspruchsvolle Bauteile als Prototypen und in Kleinstserien hergestellt. Dabei setzen die Verantwortlichen auf VHM-Fräser von Haimer, die sich durch ihre Geometrie und Qualität für vielfältige Zerspanungsaufgaben eignen. Ihr Dämpfungs- und Rundlaufverhalten ermöglicht es, in Vergleichsfällen die Produktivität um ein Vielfaches zu steigern.

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EMAG, PECM-Verfahren, ECM-Verfahren, Zerspanungsprozess, EntgratenAlles andere als eine Gratwanderung

Das Entgraten ist in der Zerspanung sicher kein Kernprozess. Vielmehr wird es bisher noch als notwendiges Übel betrachtet. Dies führt immer wieder dazu, dass zwar die Zerspanungsprozesse optimal aufeinander abgestimmt sind, jedoch beim Entgraten die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems sinkt, da dieser Prozess nicht von Anfang an in der Prozesskette berücksichtigt wurde. Mit der EMAG ECM GmbH schließt die EMAG Gruppe nun diese Lücke und bietet als erstes Unternehmen den gesamten Zerspanungsprozess inklusive dem Entgraten aus einer Hand.
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Zerspanungsprozess: Alles andere als eine Gratwanderung

Werkstücke mit komplexer Formgebung beinhalten häufig schwer zugängliche Bearbeitungsstellen. Hinterschnitte, Taschen oder auch innen liegende Bohrungsverschneidungen stellen an die mechanische Bearbeitung meist keine große Herausforderung. Dies ändert sich jedoch häufig beim notwendigen Entgraten, denn hier muss auch bei schwer zugänglichen Stellen der Grat sauber und ohne negative Beeinflussung des Materials entfernt werden. Mit den bisher eingesetzten mechanischen, thermischen Verfahren oder auch der Wasserstrahltechnologie sind aber häufig weder die beabsichtigte Produktivität, noch die gewünschte Wirtschaftlichkeit und Reproduzierbarkeit zu erzielen. Speziell bei der Mittel- und Großserienfertigung wird auf höchste Qualität Wert gelegt, denn innen liegende Grate und Gratfahnen können die Funktion von Bauteilen beeinträchtigen. Eine andere Schwierigkeit ist in der Praxis in den sogenannten Sekundärgraten zu sehen. Das heißt, bei der Entfernung des Grates aus der normalen Bearbeitung mittels Zerspanungsprozess entstehen wiederum ein Folgegrat oder auch umgeklappte Grate und somit undefinierte Endbearbeitungszustände. Deshalb setzt die EMAG ECM GmbH, ehemals Dorner GmbH, auf das elektrochemische Entgraten.

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ECM – Electro Chemical Machining

ECM steht für Electro Chemical Machining und ist im Gegensatz zum Erodieren ein sanftes elektrochemisches Abtragen ohne Funkenbildung. Dabei wird das Werkstück positiv als Anode und das Werkzeug negativ als Kathode über eine Gleichstrom- oder Pulsquelle polarisiert. Die Ladung zwischen Kathode und Anode im Arbeitsspalt fließt über eine Elektrolytlösung, meist Natriumnitrat oder Natriumchlorid. Hierbei werden Metallionen vom Werkstück gelöst. Das abgetragene Material kann dann als Metallhydroxid aus der Elektrolytlösung ausgefiltert werden. Die Form der Werkzeugkathode wird an die Bearbeitungsaufgabe angepasst. So wird ohne mechanische oder thermische Belastung nur dort entgratet, wo wirklich ein Materialabtrag gewünscht wird. Speziell darin ist auch der Vorteil des Verfahrens zu sehen. Durch diese eng definierte Bearbeitung lassen sich selbst filigrane Bauteile reproduzierbar und präzise entgraten. Ein Beispiel einer anspruchsvollen Entgrataufgabe ist die Herstellung eines Pumpengehäuses für die Common-Rail-Technik. Die mechanische Bearbeitung des Pumpengehäuses sowie das Entgraten sind zunächst vermeintlich gängiger Stand der Technik. Voraussetzung hierfür ist allerdings die Beherrschung des gesamten Prozesses. Im konkreten Fall kommen Zerspanung, Automation und das Entgraten aus dem mittlerweile durchgängig in der EMAG Gruppe angesiedelten Technologieangebot. Das heißt, für die Zukunft ist nur ein Ansprechpartner für alle Schnittstellen verantwortlich. Bezogen auf das Entgraten ist dies von enormer Bedeutung, denn das zunächst kleine Problem Entgraten, kann sehr schnell zu einem großen werden. Um dem vorzubeugen, ist es von Beginn an wichtig, bei der Auslegung des Prozesses bzw. der Bearbeitungsreihenfolge, die Spanrichtung zu bestimmen, denn nur so lässt sich der Grat später wirtschaftlich und präzise entfernen. In der Praxis lag die große Herausforderung in der Vergangenheit darin, dass das Entgraten als letzte Station im eigentlichen Zerspanungsprozess berücksichtigt wurde. So war ein kostenintensiver Aufwand für das mechanische Entgraten oder andere Entgratverfahren notwendig. Kam dagegen bereits ECM zum Einsatz, stiegen die Kosten für Vorrichtung und Kathoden aufgrund erforderlicher Änderungen. In Fällen wie dem des Pumpengehäuses kann also zukünftig der gesamte Prozess sowie die Maschinenverkettung von Beginn an optimal ausgelegt werden. Das gilt auch für den Zylinder des Einspritzsystems. Dieser Zylinder arbeitet mit über 2.000 bar und musste an unterschiedlichen Bohrungen entgratet bzw. auf definierte Rauhigkeitswerte geglättet werden. Diesen hohen Ansprüchen kann die EMAG ECM GmbH mit der entwickelten Leistungselektronik auf wirtschaftlichem Weg gerecht werden. Durch die Pulsform und Stromdichte lassen sich optimale Oberflächen erzielen.

Berührungslos und wirtschaftlich in neue Dimensionen

Neben dem präzisen Entgraten oder auch Glätten der Werkstücke kann ECM aber auch als äußerst wirtschaftlich beschrieben werden. Dadurch, dass sich die Zykluszeit und Ausbringung über den Parallelisierungsgrad, d.h. die Anzahl der gleichzeitg in einer Vorrichtung bearbeiteten Bauteile, skalieren lässt, können die Taktzeiten pro Bauteil auf unter 10 Sekunden ausgelegt werden. Der beschriebene Zylinder des Pumpengehäuses wurde mit der EMAG Technik in der Vergangenheit sowohl mit einer Vier- als auch Sechsfach-Technik ausgeführt. Je nach Bauteil wurden schon Parallelisierungen bis zwanzig Teile gleichzeitig realisiert. Den Punkt Qualitätssicherung beim Entgraten beantwortet EMAG ECM durch die gut skalierbare Leistungselektronik, mittels der in jedem Bearbeitungsnest selektiv jede einzelne Kathode separat überwacht werden kann. Damit lässt sich die geflossene Ladungsmenge und somit der Materialabtrag auf jeder Kathode monitoren. Verschleißarm, präzise, berührungslos und auch wirtschaftlich, das sind also die Vorteile, die beim Einsatz von ECM zu nennen sind. Diese Vorteile sollen zukünftig das Gesamtkonzept aus der EMAG Gruppe optimal ergänzen.

PECM – Precise Electro Chemical Machining

Eine Steigerung des ECM-Verfahrens, ist das PECM-Verfahren, das EMAG ECM ebenfalls einsetzt und weiterentwickelt hat. ¿P¿ steht dabei für Precise. Präzision, die über gepulsten Strom und eine oszillierende Kathode und Pulspakete erreicht wird. Die erzielbare Qualität hängt wesentlich von einer guten Pulsstromquelle sowie einem steifen Maschinenkonzept ab.

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