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Manufacturing-Execution-SystemeDie selbstregelnde Fabrik

Mobile MES-Anwendungen mit Hydra von MPDV

Begriffe wie Selbstregelung, Selbstoptimierung oder selbstlernende Maschinen tauchten bereits in den Anfängen der Industrie 4.0 auf. Sie halten sich hartnäckig, werden in jüngster Zeit sogar häufiger genannt.

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WälzfräserIn Zukunft schneller

können Anwender der Wälzfräser, die aus dem Schneidstoff Speed Core von LMT bestehen. Der Begriff verweist auf die höhere Warmfestigkeit des Schneidstoffs, der den Kern des Wälzfräsers bildet. Der Schneidstoff ermöglicht es, die Schnittgeschwindigkeit beim Wälzfräsen im Vergleich zu pulvermetallurgisch hergestelltem Schnellstahl (PM-HSS) um bis zu 50 Prozent zu erhöhen. Zusätzliche Produktivitätsgewinne verspricht die Verbindung der auf dem Schneidstoff basierenden Wälzfräser von LMT Fette mit modernen maßgeschneiderten Hochleistungsbeschichtungen wie der Nanosphere des Unternehmens. Die höhere Schnittgeschwindigkeit bietet Anwendern Vorteile, denn sie können dadurch auf vorhandenen Anlagen mehr Teile fertigen als bisher - und zwar ohne zusätzliche Investitionen.

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Wettbewerbsvorteile verbessern

Wälzfräser: In Zukunft schneller

Der aktuelle Aufschwung stellt die Industrie vor ungewohnte Herausforderungen. Wegen der gestiegenen Nachfrage kommt es in einigen Branchen bereits zu Kapazitätsengpässen in der Produktion. Gefragt sind daher derzeit Mittel, um die vorhandenen Kapazitäten ohne zusätzliche Investitionen zu erweitern. Langfristig kommt es darüber hinaus wegen des Wettbewerbsdrucks weiterhin darauf an, Produktionsprozesse so effizient wie möglich zu gestalten. Eine Schlüsselrolle können dabei Präzisionswerkzeuge spielen, wie eine neue Entwicklung der Werkzeugspezialisten des Unternehmens zeigt. Auf Basis eines innovativen intermetallischen Schneidstoffs hat LMT Fette eine neue Generation einteiliger Wälzfräser entwickelt. Die Werkzeuge ermöglichen es Anwendern, die Produktivität der laufenden Fertigung um mehr als 30 Prozent zu steigern und nachhaltige Wettbewerbsvorteile zu erzielen, indem sie die Prozesse für die Zahnradfertigung mithilfe der neuen Wälzfräser optimieren.

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Gute Testergebnisse

Dem neuen Wälzfräser-Schneidstoff hat man den Namen Speed Core gegeben. Der Begriff verweist auf die höhere Warmfestigkeit des Schneidstoffs, der den Kern des Wälzfräsers bildet. Der Schneidstoff ermöglicht es, die Schnittgeschwindigkeit beim Wälzfräsen im Vergleich zu pulvermetallurgisch hergestelltem Schnellstahl (PM-HSS) um bis zu 50 Prozent zu erhöhen. Welches Potenzial die LMT Fette-Wälzfräser auf Basis des neuen Schneidstoffs haben, wird an den Ergebnissen erster Tests deutlich. Diese hat das Unternehmen unter anderem mit der Unterstützung der Universität Magdeburg durchgeführt. So erreichten die Wälzfräser bei Extremwertversuchen beinahe Leistungsbereiche, die sonst Vollhartmetall-Wälzfräsern vorbehalten sind. Bei Schlagzahnversuchen an Realbauteilen waren selbst bei einer Schnittgeschwindigkeit von 350 Metern pro Minute noch Standwege von mehr als sieben Metern möglich, ohne dass die Schneide thermisch überlastet wurde. Im Vergleich dazu erreichte ein PM-HSS-Wälzfräser seine maximale thermische Belastung bereits bei 280 Metern pro Minute - und das bei einem deutlich geringeren Standweg von nur knapp drei Metern. Für die Praxis bedeuten diese Extremversuche: Anwender können die Schnittgeschwindigkeit bei der Verzahnung, bezogen auf einen Standweg von zehn Metern, um mindestens 30 Prozent erhöhen, ohne Einbußen bei der Prozesssicherheit hinnehmen zu müssen. Dies wirkt sich unmittelbar auf die Wirtschaftlichkeit aus, wie weitere Praxistests bestätigten. Bei einem Anwender, der Zahnräder aus Einsatzstahl in Modul 2.50 und einer Zahnbreite von 37,5 Millimetern mit 28 Zähnen fertigt, konnte die Schnittgeschwindigkeit in einem bestehenden Prozess um 30 Prozent erhöht werden. Bei einem weiteren Anwender wurde der Prozess an die Möglichkeiten des neuen Schneidstoffs angepasst. Die Schnittgeschwindigkeit konnte hier um über 50 Prozent erhöht werden. Dadurch war es möglich, bei etwa gleichem Verschleiß die gleiche Menge Werkstücke zu produzieren wie vorher, jedoch in einer um 30 Prozent reduzierten Zeit. Die Zahnräder hier hatten die Modulgröße 1,49 bei einer Radbreite von 16,5 Millimetern und 47 Zähnen. Zahnradwerkstoff war 20MnCr S5. Für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses ergaben sich folgende Werte: Die Zahl der pro Tag gefertigten Zahnräder stieg um mehr als 50 Prozent. Die Kosten pro Zahnrad sanken gleichzeitig um mehr als 25 Prozent.

Chemische Zusammensetzung

Der neuartige Schneidstoff setzt sich aus Kobalt, Molybdän und kohlenstofffreiem Eisen zusammen. Diese Kombination erlaubt es, die Warmhärte des Schneidstoffes gegenüber herkömmlichen HSS-PM-Substraten zu steigern, ohne dass der Werkstoff an Zähigkeit verliert. Entscheidend dafür ist die Prozesskette bei der Wärmebehandlung. Konventionelle PM-HSS Schneidstoffe werden in einer ersten Wärmebehandlung bei 1.200 °C austenitisiert. Dabei lösen sich die hochlegierten Metallkarbide auf. Um ein übermäßiges Kornwachstum zu vermeiden, wird das Material im Anschluss auf unter 500 °C abgekühlt. Das nun vorliegende Gefüge besteht aus Martensit, ungelösten Primärkarbiden, Korngrenzkarbiden und Restaustenit. Um das Gefüge zu homogenisieren und den Gehalt an Restaustenit zu minimieren, werden HSS-Werkstoffe mehrfach angelassen. Durch die Wahl der Anlasstemperatur wird auch die Sekundärhärte festgelegt und damit die späteren Gebrauchseigenschaften. Die maximalen Einsatztemperaturen sind jedoch ebenfalls auf etwa 500 °C begrenzt. Auch bei der nachfolgenden Beschichtung darf diese Grenze nicht überschritten werden. Der neue Schneidstoff erfährt dagegen nur zwei Wärmebehandlungen. Unmittelbar nach dem Austenitisieren folgt ein Anlass-Vorgang, bei dem die Ausscheidungshärtung des Schneidstoffs durch die Ausbildung von Nanostrukturen erfolgt, sogenannter intermetallischer Verbindungen. Die Härte des Schneidstoffs kann dabei in einem Bereich von 65 bis 68 HRC eingestellt werden. Auch mit Blick auf die Wiederaufbereitung bietet der neue Schneidstoff Vorteile. Während bei Wälzfräsern aus Vollhartmetall die Gefahr besteht, dass bei der Entschichtung die Kobaltbestandteile ausgewaschen werden und das Werkzeug porös wird, kann der Schneidstoff problemlos entschichtet und wiederaufbereitet werden.

Noch steigerungsfähig

In der Summe der Eigenschaften bietet der neue Schneidstoff noch weiteres Potenzial, um die Leistungsfähigkeit der Werkzeuge und des Wälzfräsersystems zu steigern. So ist es wegen der höheren thermischen Stabilität des Materials beispielsweise möglich, auch die Temperatur bei der Beschichtung der Wälzfräser zu erhöhen. Dadurch können die Beschichtungen noch exakter auf die jeweiligen Anwendungen zugeschnitten werden. Entsprechend hoch schätzt das Unternehmen die Marktchance von LMT-Fette-Wälzfräsern auf Basis des neuen Schneidstoffes ein. Zukünftig könnten mehr als 30 Prozent aller einteiligen Wälzfräser auf dessen Basis entstehen und sukzessive Wälzfräser aus HSS-PM ersetzen. Offiziell wird die neue LMT-Fette-Wälzfräser-Generation in Deutschland im Juni eingeführt.

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