tagungsband - TOOLING DAYS Kapfenberg

TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
TAGUNGSBAND
13/06 + 14/06/2012
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
VORWORT
Werkstoffe und deren Anwendungen sind der industrielle
Motor der Region zwischen Leoben und Mürzzuschlag. Die
Industrieregion hat sich schon vor geraumer Zeit zu einem
international anerkannten Raum der Werkstofftechnologie
gewandelt. Deshalb wurde Kapfenberg als Bühne innovativer
Ideen gewählt, um eine hochkarätige Fachtagung zu diesem
Kernthema zu initialisieren.
Die TOOLING DAYS begeisterten nicht nur das hochkarätige Fachpublikum, sondern auch die
steirische Politik. Mit dieser Veranstaltung wurde die einzigartige Technologiekompetenz und
außergewöhnliche
Innovationskraft
der
Region
in
einem
international
hochkarätigen
Teilnehmerkreis besonders hervorgehoben.
Das Wissen um Werkstoffe und deren Anwendung konzentriert sich nirgends auf so
einzigartige Weise wie in der steirischen Werkstoffregion. Genau deshalb ist hier ein
erfolgreiches Netzwerk an Werkstoff- und Technologiekompetenz in Form der AREA m styria
GmbH - als regionaler Impulsgeber für Regionsentwicklung und Betriebsansiedelung entstanden.
Die AREA m styria GmbH wurde auf Basis einer interkommunalen Kooperation gegründet und
kommuniziert gezielt die Stärken des Wirtschaftsstandortes Obersteiermark Ost. Denn: die
Region bietet ein außergewöhnliches Umfeld mit hervorragenden Ausbildungsangeboten,
erstklassiger Infrastruktur und geballtes Know-How der ansässigen Leitbetriebe inmitten einer
Landschaft, die vielerorts Ihres Gleichen sucht.
Wir hoffen, Sie fanden interessante Anregungen und bedanken uns bei Ihrer Teilnahme an
den TOOLING DAYS 2012. Gleichzeitig würden wir uns freuen, wenn wir Sie bei den nächsten
TOOLING DAYS wieder begrüßen dürfen!
Herzlichst,
Ing. Leopold Pilsner, MBA
Ing. Wolfgang Wiesenhofer
Geschäftsführung der AREA m styria GmbH
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IMPRESSUM
AREA m styria GmbH
Koloman-Wallisch-Platz 1
A-8605 Kapfenberg
0043 3862 21234 – 0
[email protected]
www.areamstyria.com
Organisationskomitee:
Freund Oliver (AREA m styria GmbH)
Hofstadler Manuel (BOEHLERIT GmbH & Co.KG)
Hubmann Eva (AREA m styria GmbH)
Hubmann Matthias (OERLIKON BALZERS Coating Austria GmbH)
Melcher Gerhard (BOEHLERIT GmbH & Co.KG)
Pawelek Alexandra (AREA m styria GmbH)
Wiesenhofer Wolfgang (AREA m styria GmbH)
Wukitschewicz Helmut (BÖHLER EDELSTAHL GmbH & Co. KG)
Zechner Johann (OERLIKON BALZERS Coating Austria GmbH)
Für den Inhalt verantwortlich:
Die Autoren der Beiträge
Zusammengestellt von:
AREA m styria GmbH
Kapfenberg, Juni 2012
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INHALT
TAG 1
Industriestandort Steiermark
Dr. Stefan Pilz……………………………………………………………………………………………………………………………4
Globale Trends und Entwicklungen in der Zerspanungstechnik
Lothar Horn……………………………………………………………………………………………………………………………….6
Standortfaktor Bildung
Dr. Markus Tomaschitz…………………………………………………………………………………………………………….8
rox-rotary cutting tools; Precision at Work
Manfred Kainz…………………………………………………………………………………………………………………………11
Wechselwirkung Werkstoff und Werkzeug bei der Zerspanung mit Fokus auf Randzonen- und
Spanausbildung
Dr. Sven Eck……………………………………………………………………………………………………………………………13
Herausforderungen bei der Planung von Werkzeugen im Produktentstehungsprozess
Manfred Limmer……………………………………………………………………………………………………………………..15
Hybridbearbeitung von sprödharten Werkstoffen
Dr. Friedrich Bleicher……………………………………………………………………………………………………….…….17
Einfluss der spanenden Bearbeitung auf die Betriebsfestigkeit
Dr. Christoph Guster………………………………………………………………………………………………………………20
Einsatzmöglichkeiten der Laserbearbeitung in der Industrie
Sven Peter………………………………………………………………………………………………………………………………22
Optimierung von Fräsprozessen für den Werkzeug- und Formenbau
Martin Stolorz…………………………………………………………………………………………………………………………24
[1]
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TAG 2
Produktivitätssteigerung durch PVD beschichtete Werkzeuge
Dr. Wolfgang Kalss…………………………………………………………………………………………………………………28
Schneidstoffe im Zeichen der Verknappung
Dr. Burghard Zeiler………………………………………………………………………………………………………………..29
High Speed Steels Development ans Material Trends
Peter Deutscher………………………………………………………………………………………………………………………32
Zerspanen von ADI (Austempered Ductile Iron)
Dr. Thomas Willidal…………………………………………………………………………………………………………………33
Zerspanungswerkzeuge im Spannungsfeld der modernen Leichtbaumaterialien
Jacek Kruszynski…………………………………………………………………………………………………………………….35
Nachhaltige Wirtschaftsentwicklung in der Technologieregion Obersteiermark Ost
Oliver Freund………………………………………………………………………………………………………………………….37
[2]
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[3]
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INDUSTRIESTANDORT STEIERMARK
Dr. Stefan Pilz
Wirtschaftskammer Steiermark, Sparte Industrie, Körblergasse 111-113, 8010 Graz
[email protected]
1 Die Steiermark als Industrieland
Die ursprünglich von der Grundstoffindustrie geprägte Industrielandschaft der Steiermark hat sich
in einem teilweise sehr schmerzlichen Prozess zu einem modernen wissensbasierten und stark
exportorientierten Industriestandort entwickelt. Die Steiermark ist besonders innovationsfreudig,
was aus der sehr hohen F&E Quote von über 4,3 %, bezogen auf das Bruttoregionalprodukt,
ersichtlich ist. Die Steiermark nimmt damit auch in ganz Europa einen Spitzenplatz ein. 1 Mrd. €
werden jährlich von der Industrie für Forschung und Entwicklung ausgegeben.
Der industrielle Kernbereich erwirtschaftet 26 % der steirischen Wertschöpfung, der gesamte
produzierende Bereich aber beinahe 37 %. Direkt und indirekt hängen 285.000 steirische
Arbeitsplätze, also mehr als 50 % der Gesamtbeschäftigten, von der Industrie ab. Rund ¾ der
Industrieproduktion wird exportiert. Das sind rd. 17 Mrd. € im Jahr.
Die Schwerpunkte der steirischen Industrie liegen in der Metallerzeugung und -bearbeitung, der
Fahrzeugindustrie, dem Maschinenbau, der Papiererzeugung sowie der Elektro- und
Elektronikindustrie.
2 Stärken des Standortes Steiermark
2.1 Innovation als Erfolgsformel
Technologie
und
Innovationskompetenz
der
Unternehmen
sowie
die
Qualität
der
Forschungseinrichtungen führen zu rd. 1,5 Mrd. € Forschungsausgaben. 10.000 Personen sind im
F&E Bereich beschäftigt.
2.2 Kooperations- und Netzwerkkultur
Die Bereitschaft zur Zusammenarbeit innerhalb der Unternehmungen bzw. mit universitären und
außeruniversitären Forschungsstätten sind eine besondere Stärke der Steiermark, die sich in den 6
Clustern und den zahlreichen Kompetenzzentren zeigt.
2.3 Hochwertige Personalressourcen
Gut ausgebildete und motivierte Mitarbeiter mit hoher Loyalität und Leistungsbereitschaft sind ein
besonderer Standortvorteil. Die 5 Universitäten sowie die Fachhochschulen garantieren auch für die
Zukunft ein hohes Bildungsniveau.
2.4 Geographische Lage
Einerseits die Nähe zu den großen Absatzmärkten und andererseits das Tor zu den Reformstaaten
in Südosteuropa sind für die Steiermark kennzeichnend. Die Lage an der “Wohlstandskante” kann
auch für eine sinnvolle Arbeitsteilung genutzt werden.
2.5 Hochwertiges Lebensumfeld
Hohe
Lebensqualtität
mit
guter
Freizeitund
Kulturinfrastruktur
Versorgungseinrichtungen. Auch die Rechtssicherheit spielt eine große Rolle.
sowie
guten
[4]
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3 Wachstum durch Innovation
Die vom Stmk. Landtag beschlossene Wirtschaftsstrategie konzentriert sich im Wesentlichen auf 3
Leitthemen: Mobility, EcoTech, sowie Health-Tech
Mit den 5 Kernstrategien – Standortentwicklung und Management, Internationalisierung von
Standort und Unternehmen, Qualifizierung und Humankapital, Unternehmertum und Wachstum
junger Unternehmen sowie Innovation- und Forschung und Entwicklung - soll die Steiermark zu
einer europäischen Benchmark wissenschaftlicher Produktionsgesellschaften entwickelt werden.
4 Erfolgreiche Kooperationen
Die Steiermark ist ein Pionier in der Entwicklung von Clustern und Netzwerken und beheimatet
zahlreiche Kompetenzzentren als zentrales Bindeglied zwischen wissenschaftlicher und
wirtschaftsbezogener Forschung.
4.1.
Cluster und Netzwerke
Derzeit sind 6 Cluster, 4 Netzwerke und insgesamt 19 Beteiligungen an dem
Kompetenzentrumsprogramm in die Standortentwicklung eingebunden. Die 6 steirischen Cluster
umfassen rd. 800 Betriebe mit 147.700 Mitarbeitern.
Die 6 Cluster sind:
AC-Styria Autocluster, Ecoworld
TechforTaste sowie Materialcluster
4.2.
Styria,
Holzcluster
Steiermark,
Humantechnologie
Styria,
Kernkompetenzen
Weitere Kernkompetenzen sind in der Steiermark besonders ausgeprägt.
Nanonet-Styria, Maschinen- und Anlagenbau, Verfahrens- und Prozesstechnik, Elektro-, Mess- und
Regeltechnik, sowie Creativ Industries Styria.
4.3.
Kompetenzzentren
Bei den Kompetenzzentren ist die Steiermark äußerst erfolgreich, dabei handelt es sich um
Forschungseinrichtungen, in denen Industrie und Wissenschaft gemeinsam definierte Programme
auf höchstem Niveau abwickeln. Das Kompetenzzentrenprogramm COMET (Competence Centers
for Excellent Technologies) ist der Förderrahmen auf Bundesebene.
Von den insgesamt 46 österreichischen Kompetenzzentren und K-Projekten entfallen 16 mit
Hauptsitz und 4 mit Nebensitz auf die Steiermark. Mit 3 ambitionierten K2-Zentren, 8 K1-Zentren
und 9 K-Projekten positioniert sich die Steiermark als exzellenter Forschungsstandort der
international hervorragend vernetzt ist.
Dr. Stefan Pilz wurde 1952 in Stein an der
Enns geboren. Nach seiner Matura 1971 am
Bundesgymnasium Stainach absolvierte er das
Studium
der
Rechtswissenschaften
an
der
Universität Graz mit Promotion zum Dr. jur.
1976 erfolgte das Gerichtsjahr und 1977 der
Eintritt in die Wirtschaftskammer Steiermark.
In der Zeit von 1980 bis 1999 war Dr. Pilz
Fachgruppengeschäftsführer
verschiedener
Industriegruppen und ist nunmehr seit 1999
Geschäftsführer der Sparte Industrie. Darüber
hinaus seit 2004 auch Leistungsbereichsverantwortlicher für alle
Fachorganisationen in der Wirtschafts-kammer Steiermark.
[5]
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GLOBALE TRENDS UND ENTWICKLUNGEN IN DER ZERSPANUNGSTECHNIK
Lothar Horn
Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH, Geschäftsführer, Unter dem Holz 33-35, 72072
Tübingen, Deutschland
[email protected] / www.phorn.de
1 Behelfsüberschrift
„Die Dividenden der Unternehmen sitzen an den Schneiden der Werkzeuge“ oder anders
ausgedrückt: „Das Geld wird an der Schneide verdient“. Diese „Zerspaner-Weisheit“ gilt heute
genauso wie morgen und übermorgen, jedoch verändern sich die Voraussetzungen und die
Ansprüche an die Bearbeitung ständig. Höchste Genauigkeiten, Steigerung der Ausbringungsmenge
und Zeiteinsparungen sind beispielhaft für diese Anforderungen. In vielen Bereichen der
Zerspanungstechnik gibt es Trends, die bedeutenden Einfluss auf die einzelnen Bereiche im
Wertschöpfungsprozess haben.
2 Trends der Bearbeitungs- und Zerspanungstechnik
Simultan-
und
Parallelbearbeitung
/
Rückseitenbearbeitung
/
Verfahrensintegration
–
Komplettbearbeitung / mehrspindelige Bearbeitung / High Speed Cutting HSC / High Performance
Cutting HPC / Prozesskettenbetrachtung / Maschine - Spannmittel – Werkzeug / Zeitreduzierung
durch
Kombiwerkzeuge
/
universal
und
anwendungsoptimierte
Systemwerkzeuge
/
steuerungsoptimierte Bearbeitungsstrategien
3 Trends Maschinenkonzepte
Mehrere unabhängige Arbeitsspindeln / hohe Dynamik durch Beschleunigungen, schnelle Eilgänge,
kurze Wege / Direktantriebe spielfreie Übertragung / Monoblock Bauweise / Box in Box
Konstruktion
/
kompakte
Bauweise,
reduzierte
Aufstellfläche
/
modularer
Aufbau,
Rekonfigurierbarkeit / integrierte Automationslösungen / Energieeffizienz
4 Trends Maschinensteuerungen
Einfache Zyklen für komplexe Bearbeitungsoperationen / graphische 3D-Parallele-Simulation/ an
der Maschinen / geschwenkte Werkzeuge und Ebenen / virtuelle Maschine CAD/CAM / Softkeys /
Monitoring, Zustandsüberwachung / Safety Funktion - Vermeidung Maschinenkollisionen /
Steuerungsoptimierte Bearbeitungsstrategien
5 Werkzeuganforderungen
Werkstoffe: Weiterentwicklungen der Technik forcieren den Einsatz spezieller Stähle und
Materialien. Beispiele: Leichtbau: Hochfeste Stähle und Carbon-Werkstoff, Optik: rostfreie Stähle in
der Architektur, Wirkungsgrad: Superlegierungen bei thermischen Prozessen, Gesundheit: Titan
und rostfreie Stähle in der Medizintechnik / Jeder Werkstoff hat andere Eigenschaften und erfordert
speziell angepasste Werkzeuge.
5.1 Trends im Bereich Substrat
Ultra-Feinstkorn: Korngrößen 0,3um – 0,5um / Alternative für Cobalt-Binder, z.B. Fe-Binder /
Substitution
aktueller
Presshilfsmittel,
z.
B.
Wasserbinder
/
komplexere
Formen
beim
Hartmetallpressen: Mehrachsmatrizenpressen / komplexere Formen beim Spritzgießen: hohe Zahl
an Freiheitsgraden und Geometrien mit Hinterschneidungen und Freistichen / sehr komplexe
Formen ausschließlich im Spritzgießverfahren
[6]
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5.2 Trends im Bereich Geometrie
An den Bearbeitungsfall angepasste Geometrien
5.3 Trends im Bereich Beschichtung
Steigerung der PVD-Schichtstärken > 15 µm / Deckschichten als Verschleißerkennung / bei
„scharfen“
Scheiden,
komplexen
Konturen
bzw.
Geometrien
Verschleißvolumen / Steigerung der PVD-Schichtstärken
>
dickere
Schichten
> 15 µm / Reduzierung der Schicht-
Eigenspannungen / Erhöhung der „mechanischen“ Belastungsfähigkeit / Nanocomposit-Schichten,
Dotierung mit den Elementen Si, Cr, Ta / elektrisch nichtleitende Beschichtungen, nitritische
Nanocomposite / Schichtwerkstoffe mit besonders harten und zähen Eigenschaften / Dekorative
bzw. farbige Schichten als Marketinginstrument
5.4 Allgemeine Trends
Kürzere
Produktlaufzeiten:
Trend
in
der
Produktion
weg
von
der
Massen-
hin
zur
individualisierten Fertigung mit kürzeren Prozesszeiten und kleineren Stückzahlen / Anforderung an
den
Werkzeughersteller:
Folgebestellungen,
Kurze
CAD-Daten
Lieferzeit
oder
bei
Metadaten
Neubestellungen,
zur
kürzeste
Werkzeug-Voreinstellung
Lieferzeit
bei
(Simulation),
Werkzeugverwaltung beim Kunden, Pflege von Werkzeugdaten in den Systemen der Kunden,
globale
Lieferung
von
Werkzeugsystemen
an
die
einzelnen
Produktionsstandorte
/
Zusammenfassen von Bearbeitungsoperationen z. B. Zirkularfräsen von Profil-Innennuten und
Profil-Außennuten in einem Durchgang oder am Beispiel Drehen: Überdrehen Stirnseite mit ISOSchneidplatte, Axialstechen mit LIK-System ohne Werkzeugwechsel / Trend: Kombination von ISOSchneidplatten und Sonderschneidplatten zur Kombinationsbearbeitung / Einsatz von PKD und
CVD-D mit Spanformnuten zur Erhöhung der Prozesssicherheit durch definierte Späne /
Verfügbarkeit von hochpräzisen Werkzeugschnittstellen z.B. HSK-THPC Hochleistungsbearbeitung /
Minimalmengenschmierung / 3D Daten zur Simulation.
In Zukunft werden globale Trends und Entwicklungen in der Zerspanungstechnik weiterhin einen
bedeutenden Einfluss haben und neue Wege beschreiten.
Lothar Horn wurde 1956 in Waiblingen
geboren und absolvierte das Studium der
Betriebswirtschaft
zahlreichen
in
Stuttgart.
Tätigkeiten
u.a.
in
Nach
den
Firmen SONY-Wega, Stuttgart oder FWU
Unternehmensberatung
Ludwigsburg
sowie EFS Unternehmensberatung Wien,
Firma R. Stahl GmbH Stuttgart und der
Firma Richter & Partner, Esslingen, trat er 1991 in den elterlichen Betrieb
ein. Zunächst lag sein Aufgabenbereich im Vertrieb Inland worauf er bald
technisch leitende Funktionen im Unternehmen übernahm. Seit 1995 ist
Lothar Horn Geschäftsführer der Paul Horn GmbH und seit September 2009
Vorsitzender des Fachverbands Präzisionswerkzeuge im VDMA. Hr. Lothar
Horn ist zudem Beiratsmitglied der Messe Stuttgart sowie Beiratsmitglied
der Messe Leipzig.
[7]
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STANDORTFAKTOR BILDUNG
Mag. Dr. Markus Tomaschitz, MBA
Magna Education & Research GmbH. & CO KG., Magna Str.1, 2522, Oberwaltersdorf, Österreich
[email protected]
Thesen:
Bildung ist unbestritten das Zukunftsthema unserer Gesellschaft.
Bildung ist die Grundlage für Wohlstand, Wertschöpfung und Wettbewerbsfähigkeit.
Bildung im umfassenden Sinne – Wissen, Können, Fähigkeiten, Fertigkeiten, musische, soziale und
personale Dimensionen – ist Voraussetzung für erfolgreiches Wirtschaften und friedliches
Zusammenleben auf allen Ebenen.
Das Umfeld:
Das gute österreichische Bildungssystem war eine der wichtigsten Voraussetzungen für die heutige
hervorragende Attraktivität des Industriestandortes Österreich. In den vergangenen Jahren haben
sich wesentliche Rahmenbedingungen in gesellschaftlichen, sozialen und wirtschaftlichen Bereichen
teilweise
dramatisch
verändert.
Aufwendungen
für
das
Bildungswesen,
die
aus
diesen
Herausforderungen erforderlich werden, sind nicht primär als Kosten, sondern als Investitionen in
die Zukunft unseres Landes und unseres Innovationsstandortes zu verstehen.
Anforderungen:
Aufgrund der geänderten Rahmenbedingungen haben sich auch die Qualifikationserfordernisse an
unsere Arbeitskräfte gewandelt und erweitert. Neben grundlegenden fachlichen Fähigkeiten sind
heutzutage auch vermehrt soziale, kommunikative und persönlichkeitsbildende Kompetenzen
gefragt. Die Bereitschaft zu lebenslangem Lernen und zur freiwilligen Inanspruchnahme von
Weiterbildungsprogrammen sind ebenso Kennzeichen dieser Entwicklungen. Entscheidend ist eine
ausgewogene Verteilung der angesprochenen Fähigkeiten und Kompetenzen. Die geänderten
Rahmenbedingungen verlangen auch eine entsprechende Weiterentwicklung und Umgestaltung des
Schul-
und
Bildungswesens,
damit
unsere
Kinder
und
Jugendlichen
die
Vielzahl
neuer
Herausforderungen annehmen und die sich bietenden Chancen nutzen können.
Die PISA Ergebnisse sind jedoch auch für den Standort Österreich von Bedeutung, da der Erfolg
unserer Unternehmen in den Klassenzimmern und Universitäten entschieden wird.
Ein paar Beispiele dazu:

„Das österreichische Schulsystem ist ineffizient, da es das teuerste ist (gemessen an
Bildungsausgaben je Bürger) und Mittelmaß hervorbringt (38 OECD Länder vor Ö)

21% der Schüler am untersten Niveau

Nur 8% unserer Schüler liegen auf der obersten Skala

eklatante Leseschwächen (10% unserer Schüler lesen schlecht oder überhaupt nicht) –
23% der Pflichtschulabsolventen können NICHT sinnverstehend lesen! (Platz 31 von 34)

Ergebnisse in Mathematik und Naturwissenschaften sind im europäischen Schnitt
bestenfalls Mittelmaß mit fallender Tendenz

Unternehmen müssen in vielen Fällen die schulischen Defizite ausgleichen“

Der „Fächerkanon“ orientiert sich an mittelalterlichen Universitätsdisziplinen und der
frühneuzeitlichen
Gymnasialpädagogik.
Die
benötigte
interdisziplinäre,
anwendungsorientierte oder problemlösungsbezogene Darstellung ist die Ausnahme.
[8]
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
Der Takt der fünfzig Minuten langen Schul-„Stunde“ – entbehrt pädagogischer Logik. Dem
heutigen Verständnis von Konzentration, Aufnahmefähigkeit und Lernorganisation wird
dadurch nicht Rechnung getragen.

Die Schulzeit – sowohl der Tages- als auch Jahresablauf – entspricht weder physiologischen
Lernkurven, noch gesellschaftlichen Rahmenbedingungen (insbesondere familiären und
beruflichen Gegebenheiten).

Die
Dauer
der
Schulpflicht
im
Hinblick
auf
Schulreife
und
unterschiedliche
Entwicklungsgeschwindigkeiten entspricht nicht mehr den heutigen Anforderungen.
Ziele:
Die Ziele des Schul- und Bildungswesens sind mehrschichtig und umfassend:

Wichtigstes Anliegen ist das Heranbilden und die Stärkung einer wertorientierten,
ganzheitlichen Persönlichkeit.

Im Bildungswesen müssen alle Talente und Potenziale erkannt, entwickelt und gefördert
werden, um der zunehmenden Bedeutung von Innovation und Kreativität in der
Wissensgesellschaft gerecht zu werden. Gleichzeitig müssen Kinder mit besonderen
Erfordernissen intensiv unterstützt werden, um auch ihnen einen erfolgreichen Lebensweg
zu ermöglichen.

Für
die
Industrie
ist
die
Sicherung
qualifizierten
Nachwuchses
auf
verschiedenen
Bildungsstufen von größter Bedeutung, da eine globale Wirtschaftswelt geänderte und vor
allem höhere Anforderungen an alle Menschen stellt.
Was ist notwendig, um die Qualität des Standortes zu sichern:
Beispiele aus einer langen Liste an Forderungen an das Bildungssystem:
Der Wandel des Berufsbildes „Lehrer“; Der Rekrutierung von tüchtigen Lehrern und Schulleitern,
der Optimierung des Arbeitsplatzes Schule, der Schaffung einer lernförderlichen Schulkultur und
einer Entlohnung, die das Engagement und die Leistung von Lehrerinnen und Lehrern angemessen
honoriert. Die Lehrerrolle ist dabei, sich fundamental zu ändern, sie sind immer weniger isolierte
Einzelkämpfer, die als homogen angesehene Schülergruppen für eine bestimmte Anzahl von
Unterrichtsstunden „Wissen vermitteln“. Sie werden vielmehr zum Experten für Lernen, sie
inszenieren Lernerfahrung und nutzen die neuen Erkenntnisse der Neurowissenschaften. Durchaus
noch Frontalunterricht, daneben aber Gruppenarbeiten, angeleitetes Selbststudium und entdecktes
Lernen – also teach less, learn more.
Einführung von Orientierungsverfahren um Talente und Potenziale zu erkennen und zu fördern und
Schwachpunkte
zu
beheben.
Fokus
auf
sichere
Vermittlung
von
Grundkompetenzen
und
Kulturtechniken wie Lesen, Schreiben, Rechnen und Informations- und Kommunikationstechniken.
Entwicklung
funktionierender
Übergänge
zwischen
Schulstufen,
Schulformen
und
Bildungseinrichtungen (Kindergarten – Startschuljahr – Grundstufe – Mittelstufe – Oberstufen –
weiterführende Bildung). Erhaltung und Förderung von Neugier, Innovationsgeist und Kreativität
für alle – individuell differenzierte Förderung und Maßnahmen für unterschiedlich interessierte,
begabte und motivierte Schülerinnen und Schüler. Flexible und individuelle Unterrichtsgestaltung
mit selbstgesteuertem Lernen unter Einbindung des Erfahrungslernens. Projekt- und Teamarbeit
für alle Schulstufen im Hinblick auf Interesse und Begabungen. Förderung der musisch-kreativen
Fächer.
[9]
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Kooperation mit weiterführenden Bildungseinrichtungen und Unternehmen aus Wirtschaft und
Industrie fördert die Qualität und Effizienz von Schulen sowie von Lehrerinnen und Lehrern.
Betriebliche Aus- und Weiterbildungsprogramme und der regelmäßige Kontakt zur Arbeitswelt
helfen Lehrerinnen und Lehrern, ihre Schülerinnen und Schüler optimal auf das Berufsleben
vorzubereiten.
Ausbau und Stärkung der „echten“ Schulautonomie – Eigenverantwortung im Rahmen gesetzlicher
Vorgaben und Bildungsanforderungen des Umfelds. Einführung von vertikalen Leitungsstrukturen
nach Größe der Schule. Personal- und Ressourcenverantwortung für Schulmanagerinnen und
Schulmanager. Schaffung eines modernen Lehrerinnen- und Lehrerdienstrechts mit attraktiven
Angeboten,
Auf-
Weiterbildung
und
und
Umstiegsmöglichkeiten
regelmäßige
einschließlich
Qualitätsbewertungen
leistungsorientierter
nach
internationalen
Bezahlung.
Standards
für
Lehrerinnen und Lehrer als Voraussetzung für die Berechtigung zum Lehren. Verbindliche
Auswahlverfahren und Eignungstests für Lehramtskandidatinnen und Lehramtskandidaten zur
Feststellung von sozialen und kommunikativen Kompetenzen. Professionalisierung der Lehrerinnenund Lehrerbildung, fachlich, pädagogisch und praktisch für alle Lehrerinnen und Lehrer.
Periodische Qualitäts- und Leistungsbewertungen nach internationalen Standards, auch für
Lehrerinnen
und
Lehrer.
Verstärkte
Ausbildung
von
Lehrerinnen
und
Lehrern
mit
Migrationshintergrund. Einführung einer professionellen Personalentwicklung.
Und, und ,und.
Wir müssen hier gemeinsam an unserem Bildungssystem gestaltend mitwirken, da der letzte
wirkliche Wettbewerbsfaktor der qualifizierte Mitarbeiter ist.
Mit großem Dank an die Industriellenvereinigung, die unermüdlich für ein besseres
Bildungssystem kämpft!
Mag. Dr. Markus Tomaschitz, MBA wurde
1970 in Graz geboren und absolvierte das
Studium der Betriebswirtschaftslehre an der
Karl-Franzens-Universität in Graz. Seinen
MBA bestand er an der California State
University
Hayward.
Der
berufliche
Werdegang
von
Dr.
Tomaschitz
Hrn.
begann 1990 – 1996 in der Steirischen
Volkswirtschaftlichen Gesellschaft und erstreckte sich über das Projekt
Oracle (1996-1997) zum Geschäftsführer Europe MPO. In der Zeit zwischen
2003-2006 war Hr. Dr. Tomaschitz Direktor und Geschäftsführer der FH
Joanneum. Seit 2006 ist er als Executive Director bei der Firma Magna
International Europe AG tätig. Zahlreiche Mitgliedschaften ergänzen sein
Profil. Unter anderem ist Hr. Dr. Tomaschitz Vorstand des Wirtschaftsforum
der Führungskräfte (WdF) sowie Vorstand des Hayek Instituts Wien. Zudem
ist er Mitglied des SOWI Absolventenvereins der Universität Graz und
Mitgleid
der
Östereichisch-Koreanischen
Gesellschaft.
Mit
einer
Mitgliedschaft des FIBAA Akkreditierungsrates rundet er sein Profil ab.
[10]
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ROX
– ROTARY CUTTING TOOLS, PRECISION AT WORK
Manfred Kainz
TCM International Tool Consulting & Management GmbH,
Technologiepark 3, 8510 Stainz, Österreich
[email protected]
1
Vom Werkzeugschleifen zu „Precision at Work“
Als führender Tool Manager reicht es TCM International nicht, nur Werkzeugschleifen
anzubieten. Aus diesem Grund haben wir das Werkzeugschleifen revolutioniert. rox ist
Werkzeugservice auf höchstem Niveau und bietet „Precision at Work“.
1.1
Ausgangslage - bisheriger Stand der Technik
• Es
gibt
keine
systemische
Standardisierung
der
unterschiedlichen
Werkzeugschleifereien eines Unternehmens weltweit
• Lange und unterschiedliche Lieferzeiten
• Es gibt keine vergleichbare Qualität in unterschiedlichen Werkzeugschleifereien
weltweit
• Es gibt keinen weltweit agierenden Anbieter von Nachschleifdienstleistungen
1.2
Das rox Konzept
Mit über 20 jähriger Erfahrung auf dem Sektor Werkzeugschleifen wurde von TCM
International ein völlig neues Produkt auf dem Weltmarkt entwickelt – die rox box.
Damit
hat
TCM
International
die
Dienstleistung
„Nachschleifen“
in
ein
Produkt
weiterentwickelt, das alle notwendigen Maschinen, Instrumentarien bzw. Regularien in der
Ablauforganisation, sowie das Investment, Plant Layout, Branding, Marketing & Sales, und die
Logistik beinhaltet, die zur optimalen Ausübung der Dienstleistung Werkzeugschleifen nötig
sind. Alle relevanten Informationen zum Betreiben einer rox box sind in den rox manuals
definiert.
Das
durchgängige
Erscheinungsbild
aller
rox
boxen
versinnbildlicht
das
kompromisslose rox Konzept.
Damit wurde von TCM International eine grundlegend neue Konzeption für den Aufbau und
Betrieb von Werkzeugschleifereien für Bohr-, Gewinde-, Reib- und Fräswerkzeuge definiert. In
Form der sogenannten rox box wurde gemeinsam mit der Fraunhofer Austria Research GmbH
eine perfekte Systematik für das industrielle und materialschonende
Schleifen von
Werkzeugen sowie ein materialflussoptimierter Produktions- und Logistikprozess entwickelt.
Durch die zugrundeliegende innovative Systematik und Standardisierung, die zu 100%
deckungsgleich in allen Standorten zum Einsatz gebracht werden, wird den rox Kunden
weltweit höchste, gleichbleibende Qualität, Effizienz, Wertschöpfung und Nachhaltigkeit
ermöglicht.
1.3
Die Systematik im Detail
Die rox box ist eine vollkommen optimierte und durchkonzipierte Schleiferei, die an allen
Standorten die gleiche Aufbau- und Ablauforganisationen hat. Das rox box Konzept basiert auf
nur 4 MitarbeiterInnen und 2 CNC-Werkzeugschleifmaschinen auf ca. 150m². Mit dieser
Ausstattung werden pro Box mindestens 600.000 Schleifminuten im Jahr geleistet.
[11]
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Damit können bis zu 75% aller rotierender Zerspanungswerkzeuge auf höchstem Niveau
nachgeschliffen werden. Die einzelnen boxen sind in Erscheinungsbild und System identisch
(Maschinenpark, Inventar, Abläufe, Erscheinungsbild, Organisation in den Werkzeugschränken
und Laden). rox verkörpert den Anspruch, dass rox geschliffene Werkzeuge besser, zumindest
aber gleich gut sind wie neue Werkzeuge.
Durch die neu entwickelte Rüstgruppenmatrix, sowie box-übergreifende Kapazitätsplanung
werden Werkzeuge innerhalb von maximal 2,5 Werktagen in die Bearbeitung gebracht und
nach mit dem Kunden vereinbarten und von rox garantierten Lieferzeiten aufbereitet. Darüber
hinaus
garantiert
TCM
durch
sein
einzigartiges
Know-how
im
materialschonenden
Nachschleifen dass alle rox Werkzeuge doppelt so oft nachgeschliffen werden können als in
herkömmlichen Schleifereien. Damit können reduzierter Werkzeugeinsatz und drastische
Kostenreduktion bei gleichbleibender, garantierter und zertifizierter Qualität und höchster
Effizienz realisiert werden.
1.4
Potentielle Kunden
Potentielle
Kunden
sind
Zerspanungswerkzeughersteller,
spanabhebende
Gewerbe,
Fertigungsindustrien, Werkzeugmaschinenhersteller, Beschichter, OEMs in der Automobil- und
Maschinenindustrie, Drittkunden und Franchisenehmer.
1.5
Grinding Academy
Über eine umfassende Wissens- und Servicedatenbank, der rox database werden alle
Werkzeuggeometrien,
Schleifprogramme,
Werkstoffe
und
Schulungsprogramme
zentral
verwaltet und allen MitarbeiterInnen weltweit zur Verfügung gestellt. Das geschieht in der
einzigartigen
rox
grinding
academy,
die
als
Ausbildungszentrum
für
PräzisionswerkzeugschleiftechnikerInnen nach dem rox system etabliert ist. In dieser Form
und Umfang ist die Ausbildung zum/r Präzisionswerkzeugschleifer/in weltweit einzigartig.
Entwickelt wurden ein Ausbildungsplan sowie die Schulungsunterlagen für 16 Module in
Zusammenarbeit mit der Akademie des AC Styria.
Manfred Kainz wurde 1960 in Oisnitz geboren
und
absolvierte
seiner
eine
Kaufmannslehre.
bei
Master
Tätigkeit
Foods
Nach
Austria
wechselte Hr. Kainz vom Lebensmittelhandel in
den Werkzeughandel zur WIKA GmbH. Danach
erfolgte der Einstig in die Hausensteiner GmbH.
In der Zeit von 1982 bis 1992 bekam er ein
Engagement
als
Schauspieler
in
der
Kabarettgruppe Tolldreist & Unikum unter der Leitung von Prof. Ewald
Dworak. 1996 erfolgte die Gründung der HTCM (Hungarian Tool Consulting
& Management Ltd.) und in weiterer Folge 1998 die Gründung der TCM
International GmbH. Neben seiner Geschäftsführertätigkeiten im ACstyria
der Autocluster GmbH folgten zahlreiche TCM Firmengründungen weltweit.
Hr. Kainz ist heute erfolgreicher Unternehmer, Kaufmann sowie Politiker.
[12]
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DAYS
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WECHSELWIRKUNG WERKSTOFF UND WERKZEUG BEI DER ZERSPANUNG MIT
FOKUS AUF RANDZONEN- UND SPANAUSBILDUNG
Dr. Sven Eck, Dr. Stefan Marsoner, Prof. Dr. Reinhold Ebner
Materials Center Leoben Forschung GmbH,
Roseggerstrasse 12, A-8700 Leoben, Austria
www.mcl.at
Durch detaillierte Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Werkstoff und Werkzeug bei
der Zerspanung lässt sich ein verbessertes Verständnis der auftretenden Vorgänge im Span,
im bearbeiteten Werkstoff und im Werkzeug gewinnen. Dieses Verständnis kann in weiterer
Folge als Grundlage für die Ableitung wissensbasierter Verbesserungsmaßnahmen dienen,
etwa zur Erhöhung der Zerspanungsleistung, der Werkzeugstandzeiten oder zur Verbesserung
der Oberflächenqualität.
Neue
Einblicke
in
Simulationstechnik
die
in
auftretenden
Verbindung
Phänomene
mit
gezielten
ermöglicht
heute
Experimenten.
insbesondere
Damit
lassen
die
sich
beispielsweise die Bildung und das Abfließen des Spans, die Temperaturverteilung im Span
und im Werkzeug oder die auftretenden Spannungen und Dehnungen näherungsweise
abschätzen.
Die Spanbildung, d.h. die sich ausbildenden Spanformen und der Spanbruch werden vom
Materialverhalten des zu zerspanenden Werkstoffs (Mikrostruktur, thermo-mechanische
Eigenschaften),
von
den
Eigenschaften
des
Werkzeugs
(Material,
Geometrie
und
Verschleißzustand) und von den Prozessparametern (Schnittgeschwindigkeit und Vorschub)
beeinflusst.
Mittels FE-Simulation der Spanbildung ist man in der Lage, die einzelnen Einflussfaktoren zur
Spanbildung zu entkoppeln und zu quantifizieren. Gezielte Experimente zur Spanbildung und
zum Spanbruch, wie z.B. Bohrparameterstudien und Quick-Stop Versuche, dienen einerseits
zur Validierung der bei den Berechnungen verwendeten Modelle, andererseits zur Beurteilung
der lokalen Schädigung im Span, im bearbeiteten Werkstück und im Werkzeug. In den
Spänen treten oft gefügebedingt Zonen mit extrem lokalisierter Verformung auf, die den
Spanbruch begünstigen.
Grenzen der Anwendbarkeit der FE-Berechnungswerkzeuge sind derzeit vor allem in folgenden
Punkten gegeben:
a) in der Messbarkeit und Modellierung der Werkstoffeigenschaften unter den extremen
Bedingungen
wie
sie
in
der
Zerspanung
auftreten
(Dehnungs-,
Dehnraten-
und
Temperaturbereich)
[13]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
b)
bei
der
Berechnung
Berücksichtigung
komplexer
inhomogener
Zerspanungsgeometrien
Werkstoffgefüge
sowie
(3D)
und
lokaler
c)
bei
der
Änderungen
der
Materialeigenschaften während des Schneidprozesses (Mikrostruktur, Einschlussverteilungen).
Trotz der Einschränkungen der Simulationstechnik lassen sich wertvolle Hinweise gewinnen,
etwa um die Zerspanbarkeit zu verbessern, die Qualität der zerspanten Oberflächen zu
steigern oder um Werkzeuge zu optimieren.
Dr. Sven Eck
promovierte 2003 in Experimentalphysik an der Karl-
Franzens-Universität in Graz und war danach 5 Jahre lang Leiter der
experimentellen
Gruppe
am
Lehrstuhl
Simulation
ujnd
Modellierung
Metallurgischer Prozesse an der Montanuniversität Leoben. Darüber hinaus
war Hr. Dr. Eck für ein Jahr an der University of California Berkeley. Seit
2009
ist
er
als
Projektleiter
am
Materials
Center
Leoben
in
den
Fachbereichen Modellierung und Simulation der Wärmebehandlung von
Stahl sowie Modellierung und Simulation der Zerspanung von Stahl
beschäftigt.
Dr. Stefan Marsoner absolvierte das Studium der Werkstoffwissenschaften
an der Montanuniversität Leoben.und promovierte 2002 an der selbigen.
Seit 2003 ist er mit dem Aufbau und der Leitung des Geschäftsfeldes
„Werkzeugtechnik und Fertigung“ sowie des Dienstleistungsbereiches am
Materials Center Leoben (MCL) beschäftigt.
Prof.
Dr.
Reinhold
(Hüttenwesen)
an
Ebner
der
absolvierte
das
Montanuniversität
Studium
Leoben
der
und
Metallurgie
war
erstes
Gründungsmitglied des Materials Center Leoben. Seit dessen Gründung im
Jahr 1999 ist Hr. Prof. Dr. Ebner Geschäftsführer des MCL und seit 2009
wissenschaftlicher
Leiter
des
COMET
K2
Kompetenzzentrums
MPPE
(Materials Processes and Product Engineering).
[14]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
HERAUSFORDERUNGEN BEI DER PLANUNG VON WERKZEUGEN IM
PRODUKTENTSTEHUNGSPROZESS.
Manfred Limmer
BMW Group, Hufelandstraße 4, 80788, München, D
[email protected]
1
Vorstellung Bereich Antriebs- und Fahrdynamiksysteme
Der Bereich Antriebs- und Fahrdynamiksysteme der BMW Group ist weltweit an sieben Standorten
vertreten: München, Dingolfing, Landshut, Berlin, Steyr (A), Hams Hall (UK) und Shenyang (CN).
Die Aufgaben beinhaltet zum einen die Planung der Produktionstechnik für Antriebs- und
Fahrdynamiksystemen und zum anderen die Produktion von Motoren und Fahrwerks- bzw.
Antriebskomponenten.
Am Standort München befindet sich die Zentralplanung mit ca. 280 Mitarbeitern. Weitere
Planungsbereiche finden sich auch in den deutschen Werken (München, Dingolfing, Landshut) mit
zusammengefasst ca.70 Mitarbeitern und in den Auslandswerken (Hams Hall, Steyr) mit ca. 60
Mitarbeitern.
Der
Standort
Steyr
in
Österreich
ist
mit
aktuell
ca.
3600
Mitarbeitern
und
einem
Produktionsvolumen in 2011 von 1.200.000 Motoren der größte Motorenproduzent der BMW Group.
Produziert werden BMW Benzin- und Dieselmotoren sowie Dieselmotoren für MINI. Weitere
Produktionsstandorte für Motoren befinden sich im Werk München und im Werk Hams Hall in
England. In China in Shenyang wird gerade ein weiterer Standort zur Motorenproduktion
aufgebaut.
Die Produktion für die Fahrwerkskomponenten befindet sich an den Standorten Dingolfing,
Landshut und Berlin.
2
Bearbeitungsspektrum in der mechanischen Fertigung
Folgende Motorkomponenten werden in der mechanischen Fertigung der BMW Group an den
bereits erwähnten Standorten hergestellt: Zylinderkopf, Kurbelgehäuse, Kurbelwelle und Pleuel.
Auf der Fahrwerkskomponentenseite werden Vorder- und Hinterachsgetriebe, Radsatz, Achsen/Träger, Bremsscheibe und Gelenkwelle gefertigt.
3
Der
Tätigkeitsprofil Planung Werkzeuge
Bereich
Planung
Werkzeuge
stellt
die
Bearbeitung
und
die
Werkzeugtechnologie
in
Werkzeugmaschinen und Fertigungsstraßen sicher
Er verantwortet ebenfalls, beim Aufbau neuer oder beim Umbau bestehender hoch automatisierter
Fertigungslinien, die prozesssichere und wirtschaftliche Herstellung der Werkstücke.
Die Gewährleistung einer fertigungsgerechten Bauteilkonstruktion und aktive Beeinflussung der
Rohteilgestaltung, sowie die Sicherstellung eines kollisionsfreien Betriebs von Fertigungslinien bis
hin zur Kollisionsprüfung von Werkzeugen gehören zu dem Aufgabenbereich.
Hinzu kommen noch die Erarbeitung und Sicherstellung prozesstechnischer Standards,
die Dokumentation und Archivierung von Werkzeugzeichnungen und die Koordinierung der
Werkzeugfirmen.
[15]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
4
Der Produktentstehungsprozess
Der Produktentstehungsprozess (PEP) beschreibt die Arbeitsabläufe von der Idee für ein neues
Produkt
bis
zur
Produktion
bzw.
bis
zum
Produktionsende.
Eine
hohe
Effizienz
im
Produktentstehungsprozess bedeutet, dass bereits im Vorfeld der Serienfertigung Produktion und
Produkt aufeinander abgestimmt werden, d.h. Produkt und Produktentwicklung müssen Hand in
Hand gehen.
5
Herausforderungen im Bereich Planung Werkzeuge
Zu den Herausforderungen in der Werkzeugplanung gehört die Werkzeugauslegung im Hinblick
auf die Wiederverwendung von bereits eingesetzten Werkzeugen und das Gestalten von neuen
Werkzeugen. Die Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit steht hier im Vordergrund.
Aber
auch
das
Wissensmanagement
bezüglich
Standardisierung
bzw.
Standards
und
Referenzsysteme spielen dabei eine große Rolle.
Als
weitere
Herausforderung
gilt
es
eine
effiziente
Zusammenarbeit
über
mehrere
Produktionsstandorte zu schaffen sowie den gruppenübergreifenden Austausch zu stärken.
Vor allem die Sicherstellung und die Förderung von Technologie- und Expertenwissen
zählen zu den signifikanten Herausforderungen.
Der ökologisch nachhaltige Aspekt bei der Werkzeugauswahl wird zukünftig auch nicht zu
vernachlässigen sein.
6
Zusammenfassung und Ausblick
Die Produktion von Motoren und Fahrwerks- bzw. Antriebskomponenten bei der BMW Group wird in
Zukunft weiter ausgebaut werden, um den Produktionsstückzahlen für zukünftige Automobile
gerecht zu werden.
Die Produktflexibilität wird in den nächsten Jahren eine wesentliche Rolle spielen. Nur durch
intelligente Bauteil- und Werkzeugauslegung sind wirtschaftliche Vorteile zu erzielen. Durch
konsequentes und nachhaltiges Wissensmanagement
im Produktentstehungsprozess kann Zeit
gespart werden und die Qualität der Prozesse verbessert werden. Bei der Werkzeugauswahl wird
der ökologisch nachhaltige Aspekt zukünftig auch eine wesentliche Rolle spielen.
Dipl.
Ing. (FH)
Manfred
Limmer
ist
im
Bereich
Antriebs- und Fahrdynamiksysteme der BMW Group
tätig.
Als
Leiter
der
Planung
Werkzeuge
und
Werkzeugtechnologie fungiert er seit 2010. Im Laufe
seiner bisherigen Karriere war er in verschiedenen
leitenden Funktionen bei der BMW Group tätig. So war
er Leiter Aufbau- u. Inbetriebnahme Werkzeuge im
Bereich Technologie Umformen und Werkzeugbau am
Standort Dingolfing und Leiter Mechanische Fertigung,
Aufbau und Inbetriebnahme Werkzeuge bei der BMW Fahrzeugtechnik
GmbH
in
Eisenach.
Sein
Verantwortungsbereich
umfasste
hier
die
wirtschaftliche Fertigung von Großpresswerkzeugen für Karosserieteile.
Zudem war Hr. Limmer in den Bereichen Projektsteuerung, Qualität und
Multiprojekt-Controlling bei der BMW Group in München im Forschungs- und
Innovationszentrum tätig. Im Produktentstehungsprozess für verschiedene
Fahrzeugprojekte verantwortete er die Gremien- u. Projektsteuerung, die
Qualität und die betriebswirtschaftlichen Steuergrößen.
[16]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
HYBRIDBEARBEITUNG VON SPRÖDHARTEN WERKSTOFFEN
Univ. Prof. Dr. Friedrich Bleicher
Technische Universität Wien, Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik,
Karlsplatz 13, 1040 Wien, Österreich
[email protected]
1
Einleitung
Die
Herausforderung
globalisierter
Märkte,
in
Hochlohnländern
mittel-
bis
langfristig
wettbewerbsfähig produzieren zu können, zwingt Unternehmen zur Ausschöpfung von Potenzialen,
die durch Technologieinnovationen eröffnet werden. Die Optimierung des Zusammenwirkens von
Maschine und Prozess durch den Einsatz mechatronischer Systeme bietet dazu vielversprechende
Lösungsansätze.
Die Zielsetzung in der Ausrichtung moderner Fertigungssysteme ist es, den Fertigungsprozess
möglichst optimal an die Bearbeitungsaufgabe anzupassen. Für eine wirtschaftliche Fertigung in
Hochlohnländern
ist
dies
eine
unabdingbare
Notwendigkeit,
um
die
Wettbewerbsfähigkeit
nachhaltig sicherzustellen. In diesem Bestreben ist es jedoch oftmals nicht mehr ausreichend,
konventionelle Technologien durch eine anwendungsorientierte Optimierung zu einer gesteigerten
Wirtschaftlichkeit zu führen. Vielmehr ist es erforderlich, die Anwendung von neuartigen
Fertigungstechnologien auf Basis prozesstechnischer Innovationen zu verfolgen.
1.1 Hybridverfahren
Hybride
Bearbeitungsverfahren
umfassen
Fertigungstechnologien
mit
einer
geplanten
und
gesteuerten Interaktion von zwei oder mehr Prozessmechanismen, die jeweils energieunterstützt
sind und zeitlichen sowie örtlichen zusammenwirken. Die Prozesseffekte kombinieren sich dabei
aus vorzugsweise mechanischen, physikalischen und chemischen Verfahren. Es wird zwischen der
assistierten Bearbeitung, wo ein unterstützender Prozess das Haupt-Bearbeitungsverfahren zu
gesteigerten Leistungsdaten führt, und prozess-kontrollierten Anwendungen unterschieden. Bei
Letzteren erfolgt eine aktive Korrektur von Prozessabweichungen.
1.2 Schwingungsunterstützte Zerspanung
Beim
assistierten
Verfahren
des
schwingungsunterstützten
Schleifens
erfolgt
neben
der
rotatorischen Hauptschnittbewegung der Werkzeuge die Einleitung einer ein- oder mehrachsigen
sekundären Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück, zumeist bei geringer Amplitude
von 1 µm bis 15 µm und hoher Frequenz auch bis in den Ultraschallbereich. Durch die zusätzliche
Relativbewegung resultieren in der Zerspanung von spröd-harten Materialien höhere Prozessraten
und verbesserte Werkzeugstandzeiten.
2 Prozessanwendung
Aus
der
Überlagerung
der
einzelnen
Korneingriffe
ergibt
sich
ein
zeitlich
veränderlicher
Spanungsquerschnitt. Die Vorgänge bei einer duktilen Zerspanung von spröd-harten Werkstoffen
werden
durch
berücksichtigt
die
für
kritische
den
Spanungsdicke
kontinuierlichen
hcu,krit
Schnitt
den
eingegrenzt.
Das
Berechnungsmodel
Oberflächenschädigungsfaktor
,
die
Bruchzähigkeit Kc, die Vickershärte H und den E-Modul E.
Die Einbringung der Schwingungen kann sowohl auf der Werkzeug- wie auch auf der
Werkstückseite erfolgen. Zur schwingungsunterstützten Fräs-Schleifbearbeitung sind derzeit zwei
ähnliche Systeme bekannt.
[17]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
2.1 Maschinensysteme
Von den Firmen DMG und DAMA werden Maschinen angeboten, bei welchen die Werkzeuge mit
Frequenzen im Ultraschallbereich in longitudinale
Resonanzschwingungen
versetzt
werden.
Einerseits wird bei DMG eine Frequenz (zwischen 16 und 30 kHz) auf das Werkzeug abgestimmt
und andererseits werden bei DAMA die Werkzeuge für eine fixe Frequenz von 25 kHz ausgelegt.
In beiden Fällen wird die Schwingungsanregung durch Piezoelemente eingeleitet, wobei deren Hub
deutlich kleiner als ein Mikrometer ausfällt. Die tatsächliche Amplitude am Schneideneingriff
resultiert aus einer Resonanzüberhöhung und hängt sehr stark von der Geometrie des Werkzeugs
ab.
An der Hochschule Furtwangen wurde eine Blocksonotrode entwickelt, die zwischen Maschinentisch
und Werkstück gespannt wird. Ein Ultraschallgenerator erzeugt hochfrequente Impulse mit 20 kHz
oder höher, die durch den piezoelektrischen Effekt in mechanische Schwingungen (Booster)
umgewandelt werden. Die Ultraschalleinheit versetzt die obere Seite der Blocksonotrode mit dem
darauf gespannten Werkstück in Schwingungen. Die Blocksonotrode wurde durch Bohrungen mit
definierten
Durchmessern
und
Abständen
derart
geometrisch
gestaltet,
dass
deren
Schwingungsresonanz in abgestimmte Frequenzbereiche fällt.
2.2 Prozess
Aufgrund der durch den Ultraschall erzeugten Änderung der mechanischen Materialeigenschaften
duktiler Werkstoffe (Verringerung der Streckgrenze, Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen
plastische Deformation) wird die spanende Bearbeitung zu höherer Effizienz geführt. Bei spröden
Werkstoffen konnte nachgewiesen werden, dass die duktile Schleiftiefe – aufgrund der Änderungen
des Elastizitätsmoduls und der Materialhärte im Mikrobereich – erhöht werden kann und die
Martensit-Übergangsrate
des
Werkstücks
(Al2O3/ZrO2)
durch
das
Einbringen
von
Ultraschallschwingungen verringert wird.
Am Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik der Technischen Universität Wien
wurde ein zweiachsiges Schwingsystem für Frequenzen bis 1000 Hz entwickelt. Eine Plattform zum
Aufspannen von beliebigen Werkstücken wird in Schwingungen versetzt, wobei sowohl die
Frequenz und Amplitude sowie die Phasenverschiebung geregelt werden können. Dadurch sind
verschiedenste Schwingformen mit Amplituden bis zu 15 µm realisierbar. Werkstücke können damit
beispielsweise in einer Kreis- oder einer U-förmigen Bewegung geführt werden. Dies ermöglicht
eine hochfrequente helikale oder trochoide Bearbeitung. Zur Impulsentkopplung wird in der
Vorrichtung eine der Werkstückschwingung entgegengesetzte Bewegung einer Ausgleichsmasse
realisiert
und
deren
Beschleunigung
in
Abhängigkeit
der
Werkstückmasse
geregelt.
Die
Stellelemente sind aerostatisch gelagert und werden von 32 Piezo-Elementen betätigt. In der
Zerspanung von spröd-harten Werkstoffen konnte gezeigt werden, dass der Einsatz der
Schwingungsunterstützung zu einer deutlichen Reduktion des Werkzeugverschleißes führt. Das
Schleifverhältnis als Kennzahl dafür konnte um Faktor 2 bis 2,7 verbessert werden.
[18]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
Die Schwingungsunterstützung kann auch auf die Zerspanung mit geometrisch bestimmten
Schneiden übertragen werden. Langspanende Werkstoffe stellen in der Zerspanungsoptimierung
eine wesentliche Herausforderung dar. Speziell
bei Prozessen mit kontinuierlichem Schneideneingriff und geringer Schnitttiefe bzw. Vorschub
treten vorwiegend Fließspäne auf. In der Drehbearbeitung konnte durch den Einsatz der oben
dargestellten Schwingeinrichtung als Schneidenträger ein aktiver Spanbruch erreicht werden.
Univ.Prof.
geboren.
Dr.
Friedrich
Nach
Bleicher
seinem
Maschinenbaustudiums
an
wurde
1967
Abschluss
des
der
Technischen
Universität Wien (TU Wien) 1991 begann seine
berufliche
Tätigkeit
als
wissenschaftlicher
Mitarbeiter am Institut für Fertigungstechnik der
TU Wien. 1996 promovierte Hr. Dr. Bleicher zum
Thema
„Kühlschmierstoffeinsatz
in
der
Serienfertigung“. 2001 erfolgte die Habilitation zum
Thema „Entwicklung einer parallelkinematischen Bohr- und Fräseinheit für
den flexiblen Einsatz in automatisierten Anlagen“. Von 2002 bis 2004 war
Hr. Dr. Bleicher bei der Firma Krause & Mauser in einer leitenden Position
im Bereich der Konstruktion und Entwicklung tätig. Seit 2009 ist er Inhaber
des Lehrstuhls für Spanende Fertigungstechnik und Vorstand des Instituts
für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik an der TU Wien.
[19]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
EINFLUSS DER SPANENDEN BEARBEITUNG AUF DIE BETRIEBSFESTIGKEIT
Dr. Christoph Guster, Dr. Ataollah Javidi, Univ.-Prof. Wilfried Eichlseder
Montanuniversität Leoben, Department Product Engineering,
Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau,
Franz-Josef Straße 18, 8700 Leoben, Österreich
[email protected]
1
Einleitung
Das vorliegende Manuskript stellt eine Zusammenfassung bereits veröffentlichter Arbeiten [1, 2, 3,
4] eines Forschungsprojektes im Rahmen des Austrian Aerospace Research (AAR) dar und
behandelt die Fragestellung, wie die Schwingfestigkeit aufgrund spanender Bearbeitung beeinflusst
wird.
Dies ist von wesentlichem Interesse, da die spanende Fertigung oftmals den letzten Schritt einer
Reihe von Fertigungsschritten, vom Halbzeug bzw. Rohteil bis hin zur fertigen Bauteil- oder
Werkzeuggeometrie, darstellt. Hier wird vom Bauteil nicht nur erwartet dass seine Geometrie
makroskopisch
mit
jener
der
Konstruktionszeichnung
übereinstimmt,
sondern
auch
die
mikroskopischen Eigenschaften bestimmte Kriterien erfüllen.
Unter
dem
Gesichtspunkt,
dass
der
gesamte
Herstellprozess
und
damit
auch
sämtliche
Bearbeitungsschritte sowie -verfahren die Eigenschaften des Werkstoffes beeinflussen, muss davon
ausgegangen werden, dass zufolge der spanenden Bearbeitung die Randzoneneigenschaften
hinsichtlich Rauheit, Gefüge, Härte und Eigenspannungen beeinflusst werden und damit eine
Änderung der Werkstoffeigenschaften im Vergleich zum Grundwerkstoff resultiert.
2
Schwingfestigkeit unter Berücksichtigung der spanenden Bearbeitung
Im Allgemeinen wird unter Schwingfestigkeit die Festigkeit eines Werkstoffes gegenüber zyklischer
Beanspruchung
Einflussfaktoren,
verstanden.
wie
Abhängig
beispielsweise
ist
die
Werkstoff,
Schwingfestigkeit
von
Herstellungsprozess,
einer
Reihe
von
Beanspruchungsart,
Mittelspannung, Temperatur, Korrosion, Geometrie und Bauteilgröße, Spannungsgradient sowie
Oberflächenzustand. Die Oberflächeneigenschaften werden durch die Oberflächenrauheit, den
Eigenspannungszustand
sowie
die
Härte
gekennzeichnet,
welche
wiederum
von
den
Prozessparametern der spanenden Fertigung maßgeblich beeinflusst werden, vgl. Abb. 1.
Abb. 1: Einfluss der Bearbeitung auf die Lebensdauer [3]
[20]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
In [2, 4] wurde anhand einer Prozessparameterstudie für die Bearbeitung „Drehen“ untersucht, wie
sich
die
Variation
von
Vorschub
f
und
Eckenradius
r
des
Drehmeißels
auf
die
Oberflächentopographie auswirkt bzw. die Rauheit vom Verhältnis dieser beiden Größen zueinander
bestimmt wird, vgl. Abb. 2.
Aus einer Vielzahl an Versuchsdaten, generiert auf Prüfkörperebene unter Berücksichtigung
variabler
Fertigungsparameter,
wurde
die
Wirkung
der
Oberflächeneigenschaften
auf
die
Schwingfestigkeit untersucht und in weiterer Folge ein Modell abgeleitet, mit dessen Hilfe die
Oberflächentopographie sowie der Eigenspannungszustand abgeschätzt werden können.
fn
Rmax
fn
r
Abb. 2: Einfluss der Drehbearbeitung auf die Oberflächenrauheit, in Anlehnung an [1, 4]
Im Rahmen des gegenständlichen Vortrages werden Ergebnisse der Untersuchungen der
Randschichteigenschaften
unter
Verwendung
verschiedener
mikroskopischer
Methoden
wie
Laserkonfokalmikroskopie und Rastelektronenmikroskopie, Härte- und Eigenspannungs-messungen
sowie generierter zyklischer Materialdaten, beschrieben durch Wöhlerlinien, präsentiert. Die in [1,
2] anhand dieser Ergebnisse abgeleiteten Oberflächen- und Eigenspannungsfaktor werden
diskutiert, wobei bei der Berechnung der Schwingfestigkeit der sog. Oberflächenfaktor die
Topographie charakterisiert und der sog. Eigenspannungsfaktor das multiaxiale Verhalten von
Eigenspannungen berücksichtigt. Damit kann ein Konzept vorgeschlagen werden, mit dem die
Schwingfestigkeit
unterschiedlicher
Randschichteigenschaften
in
Abhängigkeit
von
Prozessparameter Vorschub und Eckenradius zutreffend berechnet werden kann [1, 2].
Literaturverweis
[1] A. Javidi, U. Rieger und W. Eichlseder:
DI Dr. mont. Christoph Guster absolvierte das
„The
surface
Studium Montanmaschinenwesen (Schwerpunkt:
integrity and fatigue life“, International journal
Computational Design) an der Montanuniversität
of Fatigue, 30 (2008), 2050-2055
Leoben. 2009 erfolgte die Promotion zum Doktor
[2]
der
effect
of
machining
on
the
A. Javidi: „Influence of Machining on
montanistischen
Wissenschaften
an
der
the Surface Integrity and Fatigue Strength of
selbigen („ Ansätze zur Lebensdauerberechnung
34CrNiMo6 Steel“, Dissertation, Lehrstuhl für
von
Allgemeinen Maschinenbau, MU Leoben, 2008.
Neben seiner Tätigkeit als wissenschaftlicher
[3]
Mitarbeiter
H. Maderbacher: „Untersuchung der
kurzglasfaserverstärkten
am
Polymer
Polymeren“).
Competence
Center
Eigenspannungsentstehung bei der spanenden
Leoben GmbH war er auch als wissenschaftlicher
Formgebung Drehen mittels Finite Elemente
Mitarbeiter
Simulation“,
Maschinenbau an der Montanuniversität Leoben
Diplomarbeit,
Lehrstuhl
für
am
Lehrstuhl
für
Allgemeinen
Allgemeinen Maschinenbau, MU Leoben, 2008.
beschäftigt. Neben einem Lehrauftrag an der HTL Leoben übernahm Hr. Dr.
[4]
Guster
U.
Rieger:
„Einfluss
des
2010
die
Leitung
des
Fachbereichs
„Betriebsfestigkeit
und
Drehprozesses auf die Schwingfestigkeit von
Methodenentwicklung“ am Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau an der
34CrNiMo6“,
Montanuniversität Leoben.
Diplomarbeit,
Lehrstuhl
für
Allgemeinen Maschinenbau, MU Leoben, 2008
[21]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
EINSATZMÖGLICHKEITEN DER LASERBEARBEITUNG IN DER INDUSTRIE
Sven Peter
Sauer Gmbh, Lasertec, Deckel-Maho Str 1, 87459 Pfronten, Deutschland
[email protected]
1
Einsatzgebiet Abtragen
Das Laserabtragen ist ein Prozess, bei dem das Material schichtweise verdampft wird. Je nach
Material und Laserquelle ergeben sich die unterschiedlichsten Anwendungsfelder. Einsatzgebiete
sind bislang der Formenbau, die Herstellung von Prägestempeln, das Texturieren von Oberflächen
im Formenbau, die einfache Gravur u.a.
Die Stärken des Prozesses liegen eindeutig in der Einfachheit der Programmierung und der
Maschinenbedienung.
Bei den konventionellen Verfahren wie Senkerodieren und Fräsen, muss der Anwender sehr
aufwendig programmieren, eine hohe fachliche Kompetenz (in den beiden Prozessen) haben um
sehr filigrane Teile herzustellen.
Das Laserabtragsverfahren besteht hauptsächlich aus ‚Computerarbeit„, wie das Erstellen des 3D
Datensatzes und dann das Programmieren direkt auf dem PC. Natürlich ist auch hierbei technisches
Verständnis erforderlich, aber die Vorrichtungen sind sehr simpel, die Strategieauswahl Werkzeug
unabhängig. Der Anwender kommt also sehr schnell zu einem Ergebnis. Der Schulungsaufwand
hält sich ebenfalls in Grenzen.
Beim Abtragen unterscheiden wir zwischen den Anwendungen für den
Sobald es um sehr filigrane, komplexe und kleine flache Formen und Bearbeitungen geht, ist der
Einsatz des Lasers aus der heutigen Fertigung nicht mehr wegzudenken. Anstelle des aufwendigen
Fertigens von Elektroden und Fräsprogrammen wird der 3D Datensatz des Bauteils hergenommen,
um es quasi automatisch zu programmieren. Das ‚Werkzeug„, nämlich der Laserstrahl, ist sehr
klein, mit einem Durchmesser von ca 50µm. Trotzdem bricht es natürlich nicht ab.
Mit modernen Lasern werden Oberflächengüten von Ra 0,3µm erreicht bei sehr kurzen (rel.
Gegenüber Faser und Diodenlasern) Bearbeitungszeiten erzielt.
2
Einsatzgebiet Precision Tool
Ein Spezialgebiet des Abtragens ist die Herstellung von Schneidkanten, Spanleitstufen und
Freiwinkeln von Diamantwerkzeugen (PKD; CBN, CVD, MKD, Naturdiamant). Das Lasern ersetzt
hierbei vollständig das Drahterodieren oder Schleifen. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen auf der
Hand:
-
sehr gute, scharfe Schneidkanten
-
Verschleiß freies bearbeiten des Diamanten
-
Kleine Eckenradien
-
Hohe Produktivität
-
Herstellung von Werkzeugen die herkömmlich nicht hergestellt werden können
-
Bearbeitung der unterschiedlichsten Diamantsorten mit einer Maschine
-
Herstellung von Schneidkanten und Spanleitstufen auf einer Maschine in einer
Aufspannung
-
[22]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
3
Einsatzgebiet Feinschneiden
Das Feinschneiden, auch Präzisionsschneiden wird bis zu Materialstärken von max 3 mm
eingesetzt. Der Vorteil sind die sehr hohen Genauigkeiten und sehr schnellen Geschwindigkeit des
Prozess, sowie die sehr kurze Zeit die es braucht um vom Datensatz zum fertigen Teil zu kommen.
In dünnen Blechen < 1 mm sind Genauigkeiten von 10µm durchaus wiederholgenau erreichbar.
Auch die Materialauswahl ist nicht begrenzt auf elektrisch leitendes Material. So können auch
Keramiken geschnitten werden.
4
Einsatzgebiet PowerDrill
Unter PowerDrill verstehen wir das Bohren von Turbinenschaufeln, Brennkammern o.ä die in der
Luftfahrtindustrie und bei Gasturbinen vorkommen. Die Lochdurchmesser und Tiefen sind je nach
Teil sehr unterschiedlich und können zwischen 0,3 bis 1 mm liegen. Grundsätzlich gibt es zwei
Verfahren, das Perkussionsbohren und das Trepannierbohren/schneiden. Je nach Anwendungsfall
wird entweder das eine oder andere Verfahren gewählt.
Vorteile des Verfahrens:
-
Sehr schnell
-
Große Anzahl von Löchern sind auf einfache Art zu bohren (Drilling on the Fly)
-
Kein Werkzeugverschleiß
Dipl. Ing. Sven Peter wurde 1966 in Hamburg geboren und wuchs sowohl in
Hamburg als auch in Paris auf. Sein Studium absolvierte er in Berlin. Als
Projektingenieur war er vorerst bei einem Beschriftungsmaschinenhersteller
beschäftigt. Später fungierte er als Verkaufsleiter für Laserhersteller für
Markieraufgaben in New York. Dipl. Ing. Sven Peter ist seit 2001 als
Produktmanager für Ultrasonic und Laser bei der Firma DMG beschäftigt
[23]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
OPTIMIERUNG VON FRÄSPROZESSEN FÜR DEN WERKZEUG- UND FORMENBAU HERAUSFORDERUNG HOHE OBERFLÄCHENGÜTE UND PROZESS-EFFIZIENZ BEI DER
BEARBEITUNG HOCHLEGIERTER STÄHLE
Dipl.-Ing. Martin Stolorz
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Hochleistungszerspanung, Steinbachstraße 17,
52074 Aachen, Deutschland
[email protected]
1
Zusammenfassung
Für
die
wirtschaftliche
Großserienherstellung
Produktionsverfahren
notwendig.
maßgeblich
den
durch
Randschichtintegrität
der
Die
und
Produkten
Leistungsfähigkeit
Werkzeugwerkstoff,
Ur-
von
die
dieser
sind
ur-
und
umformende
Produktionsverfahren
Oberflächenbeschaffenheit
Umformwerkzeuge
bestimmt.
Um
und
den
wird
die
geforderten
Anforderungen gerecht zu werden, kommen im Werkzugbau für die Kalt- und Umformtechnik
zunehmend pulvermetallurgisch hergestellte Kalt- und Schnellarbeitsstähle zum Einsatz. Jene
Werkzeugbaustähle stellen jedoch hohe Anforderungen an die mechanische Bearbeitung durch das
Fräsen
dar.
Durch
den
Einsatz
des
Hochgeschwindigkeits(HSC)-Harthartfräsens
kann
die
Prozesseffizienz und Qualität bei der Herstellung von Bauteilen selbst bei sehr schwer zerspanbaren
Werkstoffen deutlich gesteigert werden. Zusätzlich kann mittels einer geeignet angepassten
Prozesstechnologie
der Standweg
von
Fräswerkzeugen
erhöht
und
auf
den
Einsatz
von
umweltschädliche Kühlschmierstoffe bei Schlicht- und Vorschlichtoperationen nahezu komplett
verzichtet werden ohne jedoch die Bauteilqualität negativ zu beeinflussen. Die Ergebnisse der
Untersuchungen sollen zukünftig Aufschluss über den Einsatz geeigneter HSC-Strategien für den
Bau von Formen, Gesenken und Werkzeugen herangezogen werden.
Motivation
2.1 Ausgangssituation
Progressiver Fräswerkzeugverschleiß führt beim Schlichtfräsen zu unerwünschten Fehlern auf der
generierten Bauteiloberfläche. Insbesondere die Zunahme der Rauheit und der Oberflächenmarken
auf der generierten Bauteiloberfläche sowie ein undefiniertes Restmaterialaufmaß sind die
Hauptursachen für Bauteildefekte und Ausschuss in der mechanischen Fertigung. Ein vorzeitiger
Fräswerkzeugwechsel ist hierbei die Folge. Die adressierten Herausforderungen beeinflussen
negativ die Prozesseffizienz und Reproduzierbarkeit der Oberflächengenerierung hinsichtlich
Präzision und Qualität sowie die Funktionalität und Randzoneneigenschaften des Bauteils. Denkbare
Problemlösungen sind hierzu die Optimierung bestehender Prozesstechnologien und die Ermittlung
von Schnittparametern für den Grenzbereich des HSC-Hartfräsens.
2.2 Zielsetzung
Ziel der hier vorgestellten Untersuchungen ist es die Prozesseffizienz und die Bauteilqualität beim
Hartfräsen zu steigern. Mittels des HSC-Hartfräsens sollen der Standweg, die Bearbeitungszeit und
die prozesstechnologisch verursachten Oberflächendefekte an einem realen Formeinsatz reduziert
werden. Dies soll durch eine systematische Variation geeigneter Schnittparameter (Schnitt- und
Vorschubgeschwindigkeit) erzielt werden. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen zukünftig
Aufschluss über den Einsatz geeigneter HSC-Strategien für den Werkzeug- und Formenbau
herangezogen
werden.
Abschließend
sollen
vorgreifend
auf
eine
mögliche
industrielle
Implementierung der Ergebnisse, Regeln für die Umsetzung im CAM abgeleitet werden.
[24]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
Hierdurch kann die Effizienz in der Fertigung durch die Reduktion von manueller Nacharbeit und
Ausschuss erhöht und einhergehend durch eine erhöhte Qualität der Werkzeuge und Formen die
Leistungsfähigkeit von Großserienprozessen gesteigert werden.
3
Versuchsplanung und –durchführung
3.1 Systemkonfiguration und Materialien
Als Versuchsfräswerkzeuge wurden konventionelle Vollhartmetal-Radiusfräser (Durch-messer: 6
mm, Zähnezahl: 4, Beschichtung: TiAlN) eingesetzt. Die Fräsversuche wurden mit verschiedenen
effektiven Schnittgeschwindigkeiten von vc,eff = 225, 300 und 400 m/min durchgeführt. Die
Werkzeuge wurde konstant mit einem festen Winkel von ßn = 75° angestellt um eine hohe effektive
Schnittgeschwindigkeit zu erreichen und das Trennen mit der Werkzeugzentrum zu vermeiden. Der
Vorschub pro Zahn wurde konstant auf fz = 0,05 mm gesetzt, die Schnitttiefe ap betrug 0,05 mm
und der Fräsbahnabstand ae 0.04 mm. Zur stichprobenartigen Untersuchung des Einflusses des
Zahnvorschubs bezüglich der Lebensdauer und des fortschreitenden Werkzeugverschleiß wurde f z
zusätzlich zwischen 0.025 mm und 0.075 mm bei einer Schnittgeschwindigkeit von v c,eff = 300
m/min variiert. Sämtliche Versuche wurden auf einem HSC-Bearbeitungszentrum Mikromat 8V HSC
unter trockenen Bedingungen (Druckluftzufuhr) im Horizontalschnitt (Gleichlauf) durchgeführt.
Werktsückwerkstoffe
Pulvermetallurgisch hergestellte Stähle
Bezeichnung
Härte (HRC)
Hauptlegierungsmestandteile
E-Modul E (GPa)
Dichte ρ (kg/dm3)
Thermische leitfähigkeit k (W/mk)
Spezifische Wärmekapazität c (W/mK)
Thermischer Ausdehnungskoeffizient α
(10-6/K) (bei 100/200/300/600°C)
X140CrMoV6-2-4 PM (K490 Microclean)
66
C Cr Mo V W
223
7.79
19.6
450
10.6 / 11.1/ 11.6 / 12.6
HS 6-5-3 PM (S790 Microclean)
64
C Si Mn Cr Mo V W
230
8.0
24.0
420
11.5 / 11.7 / 12.2 / 13.0
Tabelle 1: Bei den Fräsversuchen eingesetzte Werkzeug- und Formenbauwerkstoffe
4
Versuchsplanung und –durchführung
4.1 Fräswerkzeugstandweg
Der Fräswerkzeugverschleiß wurde über das Vermessen der Verschleißmarkenbreite VB ermittelt.
Die Fräsversuche wurden beendet nachdem eine kritische VB von 0,075 mm erreicht wurde. Es
konnte beobachtet werden, dass der abrasive Verschleiß unabhängig von der effektiven
Schnittgeschwindigkeit sich gleichmäßig ausbildet, ohne dass es zu Abplatzungen der Beschichtung
kommt. Mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit konnte ein verlangsamter Verschleißfortschritt
des Fräswerkzeugs beobachtet wurden. Zu Beginn der Bearbeitung zeigte sich bei beiden
Werkzeugstählen
ein
charakteristischer
Anfangsverschleiß.
Mit
zunehmender
effektiver
Schnittgeschwindigkeit konnte beim Schnellarbeitsstahl HS 6-5-3 PM und insbesondere beim
Kaltarbeitsstahl X140CrMoV6-2-4 PM ein signifikanter Anstieg des Standwegs Lc des Fräswerkzeugs
beobachtet werden. Hinsichtlich der resultierenden Schnittkraft konnte nachgewiesen wurden, dass
mit fortschreitendem Fräswerkzeugverschleiß die Schnittkräfte kontinuierlich zunehmen. Zusätzlich
wurde
beobachtet,
dass
die
Schnittkräfte
deutlich
abnehmen
mit
zunehmender
Schnittgeschwindigkeit.
[25]
80
50
60
40
vc,eff = 225 m/min (HS 6-5-3 PM)
vc,eff = 300 m/min (HS 6-5-3 PM)
vc,eff = 400 m/min (HS 6-5-3 PM)
vc,eff = 225 m/min (X140CrMoV6-2-4 PM)
vc,eff = 300 m/min (X140CrMoV6-2-4 PM)
vc,eff = 400 m/min (X140CrMoV6-2-4 PM)
40
20
0
0
30
Schnittkraft Ff N
Verschleißmarkenbreite VB µm
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
20
10
50
100
150
200
250
300
Standweg Lc m
Abbildung
Gegenüberstellung des
Fräswerkzeugstandwegs und der Schnittkraft
2:
0
20
40
60
80
Verschleißmarkenbreite VB µm
Es wird angenommen, dass die strukturelle Integrität wie Karbidverteilung und Karbidgröße sowie
thermomechanische Eigenschaften zu bearbeitenden Werkstoffs, und weniger die absolute
Werkstoffhärte entscheidend sein können für die Zerspanbarkeit des Werkstoffs und somit den
Standweg von Fräswerkzeugen. Die betrachteten Werkstoffe wiesen eine deutliche Abweichung in
der Temperaturleitfähigkeit auf bei einer nahezu vergleichbaren Härte. Es konnte nachgewiesen
werden, dass beim untersuchten Kaltarbeitsstahl
X140CrMoV6-2-4
PM die
Zerspanbarkeit
gegenüber dem HS 6-5-3 PM nahezu dreifach so hoch ist.
4.2 Bauteilqualität
Um den plasto-mechanischen Einfluss des HSC-Hartfräsens auf die Randzone der hergestellten
Oberfläche
qualifizieren
zu
können,
wurden
Fräsflächen
mit
neuwertigen
Fräswerkzeugen
hergestellt. Hierbei wurde vc,eff zwischen 100, 200, 300 und 400 m/min variiert. Die bearbeiteten
Oberflächen wurde anschließend präpariert und mittels REM (Rasterelektronenmikroskopie)
untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit die
generierte Oberfläche zusehends glatter wurde. Das Auftreten von Karbidausbrüchen bzw.
Karbidabrissen
und
Karbidverformung
an
der
Oberfläche
nahm
mit
zunehmender
Schnittgeschwindigkeit ab. Das Auftreten von martensitischer Neuhärtung (Weiße Schichten)
konnte nicht beobachtet wurden.
[26]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
5
Zusammenfassung
Das Ziel des Vorhabens war es die Prozesseffizienz und die Bauteilqualität beim Hartfräsen zu
steigern. Durch den Einsatz hoher effektiver Schnittgeschwindigkeiten war es gelungen neben dem
Standweg der Fräswerkzeuge ebenfalls die Produktivität deutlich zu erhöhen ohne jedoch
Kompromisse in der Qualität der generierten Oberfläche des Bauteils eingehen zu müssen.
Vielmehr konnte bewiesen, dass durch den Einsatz einer optimierten Prozesstechnologie für das
HSC-Hartfräsen, die sonst durch das Fräsen verursachten Oberflächen-defekte, reduziert werden
konnten.
Mikrorisse
und
lokale
Material-aufschmierung,
die
u.a.
durch
zu
niedrige
Schnittgeschwindigkeiten und verschlissene Fräswerkzeuge ver-ursacht werden, waren bei hohen
Schnittgeschwindigkeiten in REM-Aufnahmen nicht auffindbar. Die kontinuierliche Steigerung der
Schnittgeschwindigkeit führte außerdem zu reduzierten Schnittkräften im Fräsprozess.
Dipl. Ing. Martin Stolorz absolvierte sein Studium
des
allgemeinen
Maschinenbaus
Schwerpunkt
Automatisierung
an
der
Leibnitz
Hannover
Im
Jahr
2009
LUH.
wissenschaftlicher
Umformtechnik
mit
dem
Produktionstechnik
Mitarbeiter
und
am
und
Universität
war
er
als
Institut
für
Umformmaschinen
an
der
Leibnitz Universität Hannover LUH beschäftigt. Seit
2010
ist
Hr.
wissenschaftlicher
Dipl.
Ing.
Martin
Mitarbeiter
am
Stolorz
als
Fraunhofer
Institut für Produktionstechnologie IPT Aachen tätig.
[27]
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DAYS
KAPFENBERG
PRODUKTIVITÄTSSTEIGERUNG DURCH PVD-BESCHICHTETE
WERKZEUGE
Dr. Wolfgang Kalss1, Johann Zechner2
OC Oerlikon Balzers AG, Iramali 18, LI-9496 Balzers, Liechtenstein
2
Oerlikon Balzers Coating Austria GmbH, Burgstallweg 27, A-8605 Kapfenberg, Austria
[email protected]
[email protected]
1
Die Einführung erster PVD-Beschichtungen in der Werkzeugindustrie zu Beginn 80er Jahren war der
Anstoß zu einer dynamischen Entwicklung, die bis heute anhält.
Das Ziel der Entwickler von PVD Beschichtungen lautet stets, zu Fortschritten sowohl in der
Wirtschaftlichkeit als auch in der Fertigungssicherheit beizutragen. Dabei besagt eine generelle
Regel, dass eine signifikante Reduktion der Kosten in der mechanischen Bearbeitung nur durch eine
erhöhte Produktivität der eingesetzten Werkzeuge erreicht werden kann. Diese Entwicklungen in
der
Beschichtungstechnik
Werkzeuggeometrien
in
Kombination
ermöglichten
mit
sogar
neuen
die
Substratwerkstoffen
Einführung
neuer
und
und
optimierten
produktiverer
Fertigungstechnologien.
Unter Anführung von Beispielen werden die Entwicklungen in der Produktivität in der Zerspanung
aufgezeigt.
Ein
Schwerpunkt
wird
auf
die
Familie
Beschichtungen gelegt (unter anderem BALINIT
®
der
Aluminium-Chrom-Nitrid
ALCRONA PRO, BALINIT
®
basierten
ALNOVA), welche in
den letzten 8 Jahren im speziellen für Verzahnungswerkzeuge und Schaftfräser große Fortschritte
brachten.
Ein Ausblick auf neue Schichtwerkstoffe (oxidische Schichten, Nanolagenschichten) und neue
Beschichtungstechnologien (P3e™, S3p™) lässt erahnen, dass die dynamische Entwicklung der
Beschichtungstechnik weiter andauern wird.
Dr. Wolfgang Kalss studierte und promovierte an
der
TU
Wien.
1999
trat
er
„Vorbehandlungstechnologien“
als
in
Projektleiter
den
R
&
D
Bereich ins Unternehmen Oerlikon Balzers ein. Als
späterer Leiter der Produktionstechnik war er für
den Produktionssupport und den internationalen
Wissensaustausch im Unternehmen tätig. 2001
übernahm Dr. Kalss die
Leitung der
F & E
Abteilung im Unternehmen und war maßgeblich an
der
Entwicklung
neuer
Beschichtungen,
Beschichtungstechnologien und Beschichtungsanlagen beteiligt. Seit 2007
ist Dr. Wolfgang Kalss Manager des Marktsegments Zerspanung sowie für
das Produktmanagement und das strategische Marketing verantwortlich.
[28]
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DAYS
KAPFENBERG
WERKZEUGE BRAUCHEN ROHSTOFFE
Dr. Burghard Zeiler
International Tungsten Industry Association, Secretary General,
4 Heathfield Terrace, London W4 4JE, UK
[email protected]
1 Die Bedeutung der Werkzeuge und ihrer Rohstoffe
Werkzeuge und deren Rohstoffe waren in der Menschheitsgeschichte namensgebend für ganze
Epochen: Steinzeit, Bronzezeit, Eisenzeit …….. Dann kam der Übergang von der „hard-“ zur
„software“: die heutige Wissensgesellschaft. Haben wir uns von der namensgebenden Wichtigkeit
der Schneid- und deren Rohstoffe emanzipiert?
Auch in heutigen hochkomplexen Bearbeitungszentren und deren Vernetzung in umfassende
Produktions- und Logistikketten gilt: ohne die Wendeplatte, ohne den Fräser, ohne das eigentliche
Werkzeug steht alles! Aus diesem Grund wird die Werkzeugindustrie auch als „enabling industry“
bezeichnet. Es ist also durchaus sinnvoll sich über Werkzeuge und deren Rohstoffe, zumindest aus
Risikoüberlegungen, Gedanken zu machen.
2 Hartmetall – Basis moderner Hochleistungswerkzeuge
DER Hochleistungsschneidstoff in heutigen Werkzeugen ist HARTMETALL (oft beschichtet, immer
öfter Träger superharter Schneidstoffe wie Diamant oder kubisches Bornitrid, …. aber immer,
entweder selbst die Schneide, oder unverzichtbarer Träger derselben). Hartmetall besteht im
einfachsten Fall aus den Komponenten Wolframcarbid (WC) und Kobalt (Co) mit einer typischen
„mittleren“ Zusammensetzung 90% WC und 10% Co. Bei zurzeit ca. gleichen kg-Preisen (von WC
und Co), trägt also das Wolframcarbid 90% der Rohstoffkosten. Mit einem Anteil von mehr als 2/3
des Weltverbrauchs ist die Hartmetallindustrie der bei weitem größte Wolframverbraucher (bei
Kobalt beträgt dieser Anteil nur ca. 10%). Es gibt also eine sehr starke Wechselwirkung zwischen
dem Werkzeugmarkt und dem Wolframmarkt, als dessen wichtigstem strategischem Rohstoff.
Die in der Folge am Wolfram dargestellten Zusammenhänge gelten prinzipiell auch für andere
wichtige Rohstoffe und sind eine notwendige Grundlage für nachhaltige Versorgungsplanung.
3 Bergbauaktivität in Abhängigkeit vom Rohstoffpreis
In den 1970er Jahren dominierten westliche Wolframbergbauproduzenten den Markt. Aufgrund des
ständig steigenden Preises, kam es zu Substitutionsversuchen des Wolframcarbides im Hartmetall
durch andere Carbide (z.B. Molybdäncarbid und Cermets). Die hohen Rohstoffpreise ließen die
existierenden Wolframbergbaue florieren und brachten neue Bergbaue auf den Markt (z.B. Mittersill
in Österreich). Wolframbergbau war auch für große Bergbaukonzerne wie Billiton und Anglo
American interessant, es wurde weltweit exploriert.
[29]
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DAYS
KAPFENBERG
Während der 1980er Jahre kamen Chinesische Produzenten mit ihren Rohstoffen immer stärker in
den Markt und waren als günstige Alternative zu den westlichen Produzenten sehr erfolgreich.
Der Preis sank daraufhin und zusammen mit einer Rezession Anfang der 1990er Jahre führte dies
zur Schließung eines Großteils der westlichen Wolframbergbauproduktion. Unmittelbar danach gab
es, wegen der nunmehrigen Dominanz Chinas bei der Bergbauproduktion, Preisdruck nach oben,
der nur aufgrund des Abverkaufes staatlicher Stockpiles (alleine im Russischen Stockpile lagerte
ca. eine Jahresweltproduktion) gedämpft wurde.
Wegen der sehr guten weltweiten Konjunktur und der Erschöpfung der Stockpiles um die Mitte des
ersten Jahrzehnts der 2000er, schnellte der Preis dramatisch nach oben, bei andauernder
Versorgungsdominanz
der
Chinesischen
Produzenten.
Daraufhin
steigende
Aktivität
zur
Wiederbelebung des westlichen Wolframbergbaues bekam mit der globalen Finanzkrise einen
erneuten Dämpfer.
4 Resultierende Marktmechanismen
Da ca. 2/3 der Weltwolframproduktion in die Hartmetallfertigung gehen, können aus der Dynamik
dieses Marktes Rückschlüsse auf den gesamten Wolframmarkt gezogen werden. Es ist zwischen
versorgungsseitigen und verbrauchsseitigen Aktivitäten und generellen Zusammenhängen zu
unterscheiden.
Versorgungsseitige Aktivitäten: Höhere Rücklaufraten an Wolfram über das Recycling (aktuell ca.
30-40% der Versorgung) mindern den Bedarf an Primärwolfram aus der Bergbauproduktion. Ein
gewisses Mindestpreisniveau (über den Kosten für Exploration, Bau und Betrieb neuer Bergbaube)
bringt zusätzliche Primärrohstoffversorgung, wobei aber mit langen Vorlaufzeiten (einige Jahre) zu
rechnen ist.
Verbrauchsseitige Aktivitäten: Die Substitution des Wolframs im Hartmetall, wegen des höheren
Preises, ist nach wie vor ein Thema, jedoch aufgrund der idealen Eigenschaftskombination von
Wolframcarbid (Härte) und Kobalt (Zähigkeit und Benetzung des Wolframcarbides, damit beste
[30]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
Haftung) nur mit Leistungsverlusten möglich. Außerdem sind einige Alternativen, wie zum Beispiel
das Molybdän, ebenfalls im Preis gestiegen.
Effizienterer Einsatzes des Werkstoffes Hartmetall ist eine andere Möglichkeit verbrauchseitig zu
reagieren.
„Mehr
Schneidkante
pro
Werkzeugvolumen“
ist
die
Devise
und
weitere
Leistungssteigerungen durch Verbundschneidstoffe (z.B. polykristalliner Diamant auf Hartmetall)
sind möglich.
Generelle Zusammenhänge:
Hohe Rohstoffpreise fördern Aktivitäten zur Sicherung der Versorgung, da sich diesbezügliche
Projekte besser rechnen und Investoren finden. Bei Bergbauprojekten sind jedoch Vorlaufzeiten
von einigen Jahren zu kalkulieren (was Geldgeber abschrecken kann, da das Investment
risikoreicher wird). Recycling ist gerade im Werkzeugbereich eine gut gangbare Alternative, da die
Sammellogistik und die Aufarbeitungstechniken erarbeitet sind. Es wird sich weiter entwickeln,
beschleunigt
durch
hohe
Rohstoffpreise.
Wolframhaltiger
Schrott
geht
aber
auch
in
die
Stahlindustrie und ist dann für die Hartmetallherstellung als Rohstoff für immer „verloren“.
Effizienterer
Hartmetalleinsatz
bei
der
Werkzeugkonzeption
kann
den
spezifischen
Rohstoffverbrauch (pro Leistung) reduzieren und unmittelbare Einsparung bringen, es gibt aber
auch
hier
entwicklungstechnische
konjunkturabhängig
und
unterliegt
Vorlaufzeiten.
damit
Der
Schwankungen,
Einsatz
die
von
direkt
mit
Werkzeugen
der
ist
generellen
Wirtschaftsentwicklung zusammen-hängen. Ein nachhaltiger drastischer Rückgang ist aber nicht
möglich, da Werkzeuge (und damit
Rohstoffe wie Wolfram) für fast alle
Belange
menschlicher
essentiell
notwendig
Aktivität
sind
(vom
Bohrer des Zahnarztes, über die
Wendescheidplatte
Motorenproduktion,
zur
bis
Tunnelschnittmaschine
Schreddern
produktion).
zur
hin
und
zur
den
Holzhackschnitzel-
Dr. Burghard Zeiler wurde 1964 in Wien geboren und
studierte nach seiner Schulzeit in Niederösterreich an
der Technischen Universität Wien Chemie.
Bereits bei der Diplomarbeit hatte er im Rahmen eines
europäischen Gemeinschaftsprojektes seine ersten
Kontakte zur wolframverarbeitenden Hartmetall- und
Werkzeugindustrie, die sich während der Dissertation
verstärkten und ihn in Kontakt zur im Süden
Österreichs angesiedelten Wolfram Bergbau- und
Hütten AG brachten. Dort war er 21 Jahre lang tätig
und leitete das Unternehmen 12 Jahre als Vorstand. Die Wolfram Bergbauund
Hütten
AG
ist
ein
weltweit
führender
Hersteller
von
Wolframcarbidpulver und betreibt in Mittersill in Salzburg den größten
Wolframbergbau Europas. Seit 2012 ist er mit seinem Unternehmen, der
ZEILER management GmbH, als Generalsekretär der International Tungsten
Industry
Association
(ITIA),
dem
weltweiten
Dachverband
der
Wolframindustrie in London, tätig. Von 2005 bis 2008 war er Präsident der
ITIA und 12 Jahre lang Mitglied des Executive Committee’s.
Durch diese Tätigkeiten ist er eng mit den Rohstoffmärkten und deren
Entwicklung vertraut.
[31]
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DAYS
KAPFENBERG
ENTWICKLUNG UND TRENDS BEI SCHNELLARBEITSSTAHL
Peter Deutscher
Böhler Edelstahl Kapfenberg, Geschäftsfeldleiter für Schnellarbeitsstahl,
Mariazeller Straße 25, 8605, Kapfenberg, Österreich
[email protected]
Der Schnellarbeitsstahl (HSS) stellt im Weltweiten Stahlverbrauch mengenmäßig nur eine
verschwindend kleine Menge dar.
So schätzt man einen HSS Weltbedarf von ca. 150.000 Jahrestonnen, was in etwa nur
ca.0,00013% des gesamten Weltverbrauches in Stahl (1200 Mio Tonnen) entspricht.
Schnellarbeitsstahl wird zu einem Großteil für Werkzeuge in der Metallzerspanung eingesetzt,
obzwar innerhalb der letzten Jahre ein klarer Trend erkennbar ist, HSS auch in der klassischen
Kaltumformung oder aber auch als Bauteil (z.B.in Motoren) zu verwenden.
Böhler war und ist in der Entwicklung von HSS über viele Jahre erfolgreich tätig.
So wurde über Jahre nicht nur der traditionelle Blockguß weiter entwickelt. Über das ESU Verfahren
und vor allem über die Pulvermetallurgie ist es gelungen, „Mile Stones“ zu setzen.
Mit unseren MICROCLEAN Produkten (dritte Generation der Pulverstähle) erreichen wir heute
Leistungsbereiche, die bis dato nur Hartmetall vorbehalten waren.
Pulvermetallurgische Stähle (MICROCLEAN) sind nicht nur für Höchstleistungen vorgesehen. Sie
dienen
in
vielen
Fällen
auch
als
Problemlöser,
wenn
immer
andere
Produkte
aus
Zähigkeitsgründen, bei Warmhärte oder auch Verschleiß (resp. aus einer Kombination der zuvor
genannten Anforderungen) scheitern.
Böhler Edelstahl bietet seinen Kunden ein Produktportfolio, vom klassischen konventionellen
Schnellarbeitsstahl, bis hin zu intermetallischen Werkstoffen, in MICROCLEAN Ausführung,
hergestellt über die Pulvermetallurgie.
Schnellarbeitsstahl stellt mengenmäßig in der gesamten Stahlwelt eine verschwindend kleine
Menge dar. Betrachtet man die Entwicklung der letzten Jahre, so ist eine Verlagerung von HSS
Herstellung als auch HSS Verbrauch von der Westlichen Welt nach China erkennbar.
Der Schnellarbeitsstahlmarkt ist sehr volatil. Das Vormaterial resp. die daraus hergestellten
Werkzeuge, gehen über eine Logistikkette vom Stahlhersteller, Lagerhalter, Werkzeughersteller
bis zum Werkzeuganwender.
In
wirtschaftlich
unsicheren
Zeiten
wird
auf
Bestände
besonderes
Augenmerk
gelegt
–
insbesondere bei Produkten mit hohen Buchwerten. Kommt es zum Bestandsabbau in der
Gesamtkette, hat dies massive Auswirkungen auf die Auftragsbücher der Stahlhersteller. So
geschehen im gesamten Kalenderjahr 2009.
Zwischenzeitlich hat sich der Markt wieder erholt, wobei der gesamte Automobilbereich,
Nutzfahrzeuge aber auch Aerospace und Energietechnik besondere Treiber für den Bedarf an HSS –
Zerspanungswerkzeugen sind.
Schnellarbeitsstähle,
vor
allem
hergestellt über Sondertechnologien,
werden
auch
absolvierte eine Betriebsschlosserlehre bei der Firma
Felten & Guilleaume in Bruck an der Mur. Diesen
Zukunft
ein
Standbein
im
aus, bevor er die Berg und Hüttenschule in Leoben
Produktportfolio der Böhler Edelstahl
besuchte. 1976 erfolgte der Eintritt in die Vereinigten
wesentliches
darstellen.
in
Ing. Peter Deutscher wurde 1952 geboren und
Beruf übte er noch weitere 2 Jahre im Unternehmen
Edelstahlwerke (VEW) in Kapfenberg. Hr. Ing. Peter
Deutscher
kann
auf
insgesamt
36
Böhler
unzählige
Jahren
Tätigkeiten
von
zurückblicken.
Seit
1988
ist
er
Geschäftsfeldleiter für Schnellarbeitsstahl bei der Böhler Edelstahl GmbH.
[32]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
ZERSPANEN VON ADI
DI Dr. Thomas Willidal
FH-Joanneum, Studiengang Industriewirtschaft, Werk-VI-Straße 46, 8605-Kapfenberg
[email protected]
1
Einleitung:
Der anhaltende Druck zur Gewichtseinsparung und Kosteneinsparung ist ein starker Treiber für die
Entwicklung
neuer
Konstruktionswerkstoffe.
Eine
werkstoffbasierte
Strategie
zur
Gewichtseinsparung ist die Verwendung von Werkstoffen mit einem entsprechend hohen Verhältnis
von Festigkeit zur spezifischen Dichte. Bei der Wahl eines geeigneten Werkstoffes steht der
Konstrukteur oft vor dem Problem entweder einen hochfesten, jedoch spröden, oder einen zähen,
weniger festen, Werkstoff zu verwenden. ADI (Austempered Ductile Iron) eröffnet in diesem
Spannungsfeld neue Horizonte, welches bei gleicher Bruchdehnung eine nahezu doppelt so hohe
Festigkeit wie herkömmliches Gusseisen mit Kugelgraphit aufweist. (Abbildung 1)
Abbildung 1: ADI im Eigenschaftsvergleich zu anderen Konstruktionswerkstoffen
Eine Hürde im wirtschaftlichen Einsatz von ADI ist die relativ schlechte Zerspanbarkeit des
Werkstoffes, im Vergleich zu herkömmlichen grauen Gusseisenwerkstoffen. Aus wirtschaftlichen
und logistischen Gründen erscheinen ein Vorbearbeiten vor der Wärmebehandlung und eine
anschließende Fertigbearbeitung nicht als sinnvoll. Es muss das Ziel sein, die Werkzeuge und die
Schnittbedingungen an den jeweilig verwendeten ADI-Werkstoff so anzupassen, dass eine
wirtschaftliche Zerspanung auch nach der Wärmebehandlung möglich ist.
2
Wärmebehandlung zur Herstellung des austenitisch-ferritischen Grundgefüges
Durch
eine
spezielle
Wärmebehandlung
in
der
Bainitstufe,
welche
mit
einem
Zwischenstufenvergüten vergleichbar ist, erfolgt die Herstellung von ADI-Gusseisen. (Abbildung 2).
Abbildung 2: Schematische Darstellung der ADI-Wärmebehandlung
[33]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
Das Gussstück wird bis zur Kohlenstoffsättigung des Austenits auf 840 bis 950°C erhitzt und
anschließend auf die Umwandlungstemperatur (zwischen 230 und 400°C, je nach ADI-Sorte)
abgeschreckt. Auf diesem Temperaturniveau wird das Bauteil thermisch gehalten, wobei es zu
einer Ausscheidung des nadeligen Ferrits und gleichzeitig zu einer Stabilisierung des Rest-Austenits
durch Kohlenstoff kommt. Anschließend wird das Gussstück auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch
diese spezielle Wärmebehandlung stellt sich ein typisches ADI-Gefüge ein. (Abbildung 3).
Abbildung 3: austenitisch (helle Phase) / ferritisches (dunkle Phase) Mikrogefüge, Nital-geätzt
3
Zerspanbarkeit von ADI
Konventionelle graue Gusseisen sind in der Regel aufgrund des vorhandenen Graphits gut
zerspanbar.
Hingegen
bei
der
Zerspanung
von
ADI
werden
im
Vergleich
zu
anderen
Gusseisenwerkstoffen und zu Stahl mit ähnlicher Festigkeit, bei gleichen Schnittparametern,
signifikant geringere Werkzeugstandzeiten erreicht. Beim Zerspanen von den duktilen ADI-Sorten
mit beschichteten Hartmetallen tritt ein überproportionaler Kolkverschleiß auf, welcher nahe an der
Schneidkante liegt und zu einem Schneidkantenbruch führen kann. Aufgrund der heterogenen
Ausbildung des Grundgefüges und des sich ausbildenden Scherspanes kommt es beim Zerspanen
von ADI zu einer hohen dynamischen Belastung des Schneidkeiles. Weiters haben auch
werkstoffseitige
Einflussfaktoren
Wärmebehandlung,
Zerspanbarkeit
insbesondere
wie
die
Legierungszusammensetzung
die
Auslagerungszeit,
von ADI. Zur wirtschaftlichen
signifikante
Zerspanung
als
Einflüsse
von ADI ist
auch
die
auf
die
es essentiell die
Schnittbedingungen und Werkzeugparameter an den zu zerspanenden Werkstoff anzupassen um
ein vorzeitiges Versagen des Werkzeuges durch überproportionalen Verschleiß zu verhindern.
Literatur
[1] Werkstoff-
und
werkzeugseitige
Untersuchungen
der
Zerspanbarkeit
von
austenitisch-ferritischem
Gusseisen
mit
Kugelgraphit (2010), IGF-Vorhaben Nr. 15308N der Forschungsvereinigung Gießereitechnik
[2] Klöpper, C.: Untersuchung zur Zerspanbarkeit von austenitisch-ferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI), Dissertation
RWTH Aachen, 2006
[3] Rimmer, A.: ADI ermöglicht neue Lösungen für den Automobilbau, konstruieren + giessen 29 (2004) Nr. 3, S. 21 - 24
DI Dr.mont. Thomas Willidal, geboren am 13. August
1973 in Judenburg, ist als Werkstoffexperte bei der
Siemens AG Österreich tätig. Er ist zusätzlich Lektor für
„Produktionstechnik“ und „Mechanischer Technologie“
an der FH-Joanneum und gerichtlich beeideter und
zertifizierter
Sachverständiger
für
„Metallische
Werkstoffe, ihre Untersuchung, Prüfung“. Dr. Thomas
Willidal
studierte
Montanuniversität
Werkstoffwissenschaften
Leoben
und
an
der
promovierte
im
Fachgebiet Metallurgie.
[34]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
ZERSPANUNGSWREKZEUGE IM SPANNUNGSFELD DER MODERNEN
LEICHTBAUMATERIALIEN
Dipl.-Ing. Jacek Kruszynski
Boehlerit GmbH & Co. KG, Geschäftsführung,
Werk VI Straße, 8605, Kapfenberg, Österreich
[email protected]
In Zeiten stetig steigender Energiepreise ist die Forderung nach Energieeinsparung in beinahe
jedem technologischen Gebiet
präsent. Die einzelnen Bereiche der Verkehrstechnik leiden ganz
besonders unter den hohen Brennstoffpreisen und sind daher mehr als bereit in neue Technologien
zu investieren. Weil die zu bewegende Masse den Haupteinflussfaktor für den Brennstoffverbrauch
darstellt, wurde schon sehr früh die Richtung zur Leichtbauweise eingeschlagen, wobei der
Luftfahrt (Bild 1) und Automotive Industrie eine Vorreiterrolle zukam. Zu Beginn waren die meisten
der
bekannte
Leichtbaumaterialien
(wie
z.B.
Polymere,
Aluminium-,
Magnesium-
und
Titanlegierungen) unter mechanischer Belastung sehr starken Verformungen unterworfen. Im Lauf
der Zeit konnte dieser Nachteil mit Hilfe verschiedener werkstofftechnischer „Tricks“, wie z.B.
Ausscheidungshärtung von Titan- und Aluminiumlegierungen oder Faserverstärkung von Polymeren
(Bild 2), ausgeglichen werden.
Bild 1: Flugzeugbauteil (Quelle Precorp)
Bild 2: Kohlenstofffaser in Polymermatrix
Diese Verstärkung der Leichtbaumaterialien brachte unglücklicherweise einen weiteren Nachteil mit
sich, insofern als die zur mechanischen Stabilisierung verwendeten Materialien selbst eine sehr
hohe Härte besitzen und damit während der Bauteilproduktion zu hohen Verschleißraten an den
Werkzeugen führten. Um nun die schwache Werkzeugleistung, die im Rahmen der Bearbeitung
dieser neu strukturierten Werkstoffe auftritt, wieder anzuheben, waren und sind intensive
Forschungs-
und
Entwicklungsarbeiten
im
Gange.
Bisher
konnten
im
Rahmen
dieser
Forschungsprogramme neue Hartmetallsorten entwickelt werden, die aufgrund ihrer ultrafeinen
Kornstruktur ein verbessertes Verhältnis von Härte zu Zähigkeit aufweisen. Zusätzlich wurden auch
in der Beschichtungstechnik (sowohl im PVD als auch CVD Bereich) gewaltige Fortschritte gemacht,
die zu verschiedenen Arten von nanostrukturierten Beschichtungen führten. Besonders zu
erwähnen sind hier die mit Si angereicherten AlCrN und AlTiN Beschichtungen, die eine
hervorragende
Warmhärte
aufweisen,
was
sich
besonders
für
die
Fräsbearbeitung
von
Titanlegierungen als vorteilhaft herausstellte.
[35]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
Bild 3: CVD Diamant Beschichtung
Bild 4: PKD Struktur
Eine weitere Gruppe von Werkzeugen, die sich besonders bei der Bearbeitung von faserverstärkten
Polymeren durchgesetzt hat, basieren auf Diamant als Schneidstoff, wobei dieser entweder als
Beschichtung (Bild 3) oder als polykristallines gesintertes Material (PKD) zum Einsatz kommt (Bild
4). Es ist nicht nur die hohe Härte und Verschleißfestigkeit des Diamanten, die dieses Material so
geeignet für die Bearbeitung von Polymeren und Leichtmetallen erschienen lässt, sondern es wirkt
sich vielmehr auch die besonders hohe thermische Leitfähigkeit sehr positiv aus, weil die
Werkstücke dadurch keinen thermischen Schädigungen unterworfen sind.
Obwohl bereits einige Lösungen für die Bearbeitung von Leichtbaumaterialien existieren, bietet
dieses Thema immer noch große Herausforderungen. So werden z.B. Titanlegierungen immer noch
mit sehr geringen Schnittgeschwindigkeiten bearbeitet, was natürlich die Produktivität herabsetzt.
Einen ersten Lichtblick in dieser Hinsicht stellen die vor kurzem veröffentlichten CVD Titandiborid
Beschichtungen dar, die mit ihrer sehr guten Warmhärte in der Lage sind den kombinierten
mechanischen und thermischen Belastungen während des Fräsens von Titanlegierungen für einen
um 30-40% längeren Zeitraum zu widerstehen, als es bisher Standard war. In Zusammenhang mit
einer sorgfältig ausgewählten Schneidengeometrie (inkl. Verrundung) gibt diese neue Beschichtung
Anlass zur Hoffnung, dass künftig auch weitere Lösungen für die Herausforderungen in der
Zerspanungstechnik gefunden werden.
Dipl.-Ing. Jacek Kruszynski wurde am 21. April 1962
in Dzialdowo / Polen geboren. Von 1985 bis 1993
studierte
er
Maschinenbau
an
der
Universität
Stuttgart Fachrichtung Feinwerktechnik. Im Anschluss
arbeitete er als Diplomingenieur am Institut für
Werkzeugmaschinen an der Universität Stuttgart in
der Gruppe Maschinendynamik bei Professor Dr.-Ing.
U. Heisel. Von 1995 bis 2007 arbeitete er als
Entwicklungsingenieur
und
als
Bereichsleiter
Technologie und Entwicklung bei Komet Group GmbH
in Besigheim. Im Jahr 2003 wurde ihm Prokura erteilt.
Seit 2007 ist er Geschäftsführer bei Boehlerit GmbH Co. KG in Kapfenberg /
Österreich zuständig für Technik und Vertrieb.
[36]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
NACHHALTIGE WIRTSCHAFTSENTWICKLUNG IN DER TECHNOLOGIEREGION
OBERSTEIERMARK OST
Oliver Freund, MBA
AREA m styria GmbH
Koloman Wallisch Platz 1, 8605, Kapfenberg, Österreich
[email protected]
www.areamstyria.com
Die AREA m styria GmbH wurde auf Basis einer interkommunalen Kooperation gegründet, um die
wirtschaftliche Entwicklung der Technologieregion Obersteiermark Ost nachhaltig zu fördern. Sie
steht als virtuelles Impulszentrum für die internationale Vermarktung der Region auf Basis der
einzigartigen Kernkompetenzen Technologie und Werkstoffe. Ziel ist es, durch gemeinsame
Strategien und Anstrengungen, Investoren und Unternehmen für die Region zu gewinnen. Die
strategischen Konzepte und marketingpolitischen Aktivitäten der AREA m styria GmbH richten sich
vorrangig an nationale wie internationale Innovatoren, Investoren und Unternehmensgründer im
High-Tech-orientierten Kontext. Im Sinne einer Steigerung der regionalen Wettbewerbsstärke
vernetzt und serviciert die AREA m styria GmbH auch die ansässigen Unternehmen. Networking
und effizientes Informations- und Wissensmanagement in Richtung aller relevanten Partner und
Institutionen und die gemeinsame Erarbeitung von nachhaltigen Konzepten stärken die Region.
Darüber hinaus versteht sich die AREA m als „One Stop Shop“ und bietet interessierten Investoren
und
Unternehmern
vor
Ort
professionell
organisierte
Informations-,
Beratungs-
und
Coachingdienste an.
In einer kompetenten Anlaufstelle werden alle Fragen zu Standortwahl, Infrastruktur, Kosten,
Finanzierung und Förderung, Projektgenehmigung und Verfahrensabwicklung, Forschungs- und
Entwicklungseinrichtungen, Personalsuche und Mitarbeiterqualifizierung, industriellen Partnern und
thematischen Netzwerken betreut. Kontakte können rasch hergestellt, notwendige Behördenwege
effizient
abgewickelt
werden.
Wirtschaftsförderungsgesellschaft,
fachspezifischen
Förderung
von
Experten
In
können
Forschungs-
enger
Einrichtungen
des
Kooperation
Bundes,
maßgeschneiderte
und
mit
der
Steirischen
Technologietransferstellen
Pakete
Entwicklungsprojekten
zur
und
Investitionsfinanzierung,
sowie
Beratungs-
und
Kooperationsvorhaben geschnürt werden.
Mit ihrem Engagement in Europäischen Kooperationsprojekten generiert die AREA m styria GmbH
wertvolle Effekte für eine positive Entwicklung der Werkstoffregion Obersteiermark Ost. Im
Zentrum dieser Europäischen Territorialen Zusammenarbeit (ETZ) mit attraktiven Partnern und
Regionen in der EU stehen die Stärkung der Innovationskraft sowie die Sicherung der
Wettbewerbsfähigkeit unserer werkstofforientierten KMUs.
Die Intensive Projektarbeit der AREA m findet sich in folgenden Kooperationsprojekten:
ETZ Central Europe Projekt FLAME
ETZ Central Europe Projekt IDEA
ETZ Österreich-Slowenien Projekt INNOVATION 2020
ETZ Österreich-Ungarn Projekt IRIS
ETZ South East Europe Projekt FINNO
[37]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
Insgesamt stehen der Region ca. €2,2Mio. Gesamtbudget durch diese EU Förderprojekte zur
Verfügung. Dabei wird mit über 40 europäischen Regionen kooperiert und in einem Zusammenspiel
und Netzwerk von mehr als 500.000 Betrieben gearbeitet.
Die Idee zur Initiierung der TOOLING DAYS entstand aus dem Projekt
INNOVATION 2020, in welchem die AREA m styria GmbH in Zusammenarbeit mit
12 Projektpartnern aus dem slowenisch-steirischem Grenzgebiet nach einer
vermehrten
Zusammenarbeit
von
Forschung
und
Entwicklung
innovativer
Produkte
und
Technologien streben. Ziel ist es, regionale Innovationssyteme zu stärken und transnationale
Kooperationsprojekte
Umsetzungsschwerpunkte
zwischen
der
AREA
Wirtschaft
m
und
innerhalb
Wissenschaft
dieses
zu
Förderprojektes
begleiten.
war
es,
eine
Zielgruppenanalyse zur Identifikation von potentiellen Betriebsansiedlungskontakten durchzuführen
und zu konkreten Firmenkontakten im Technologie- und Industriesegment zu bearbeiten. Ein
weiterer wesentlicher Themenschwerpunkt war die Umsetzung eines Technologietages in der
Region, welcher auf dem Gebiet „neue Technologien“ durchgeführt werden sollte. Mit der
Initiierung der TOOLING DAYS ist eine fruchtbare Symbiose aus Forschung, Entwicklung und
Industrie entstanden.
Oliver Freund wurde 1973 in Graz geboren und
lebt mit seiner Familie in Aflenz Kurort, Österreich.
An der K.F.-Universität Graz absolvierte er ein
Executive MBA-Studium mit dem Schwerpunkt
„Export,
International
Marketing“.
führten
Management
Verschiedene
Oliver
Freund
Salespositionen
in
berufliche
in
der
and
Stationen
Marketing-
und
Pharma-
und
Verlagsbranche, ehe er 2006 als Mitarbeiter der
ersten Stunde zur AREA m styria GmbH und somit
zur Regions- und Wirtschaftsentwicklung wechselte. Dort zeichnet er für das
Projekt-
und
Marketingmanagement
verantwortlich.
Im
Jahre
2011
übernahm Oliver Freund auch die Geschäftsführung des Sommer- und
Wintertourismusbetriebes „Aflenz Bürgeralm“ in seiner Heimatgemeinde.
Seinem Leitsatz „Mit dem Kopf des Kunden denken und alle Aktivitäten des
Unternehmens darauf auszurichten!“ folgend, bringt er seine Kompetenzen
und Erfahrungen in sein tägliches berufliches Wirken ein, damit sich die
High
Tech-Region
Obersteiermark
Ost
auch
in
Zukunft
positiv
weiterentwickelt.
[38]
TOOLING
DAYS
KAPFENBERG
Kontakt:
AREA m styria GmbH
Koloman-Wallisch-Platz 1
A-8605 Kapfenberg
0043 3862 21234 – 0
[email protected]
www.areamstyria.com
Bildergalerie unter:
http://www.areamstyria.at/toolingdays/index.htm
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