Produktivität steigern: Niedrigfrequenz-Vibration verbessert Superlegierungs-Bearbeitung in Lohnfertigern

Dieses Video beschreibt kurz niedrigfrequente Vibration. Credit: Marubeni Citizen-Cincom Inc.

Das Drehen von Superlegierungen auf einer Maschine ist herausfordernd. Diese oft sturen Materialien können Hartmetall-Schneidwerkzeuge stark beanspruchen und lange, fadenförmige Späne erzeugen, die sich um Teile wickeln und eine schlechte Oberflächengüte hinterlassen. Das Brechen kurzer Späne mit diesem Material war ein Kampf für einen Lohnfertiger, bis er eine neue Technologie in einem Swiss-Type-Drehautomaten entdeckte, den er kürzlich gekauft hatte.

Vor der Entdeckung der Technologie, die die Art und Weise, wie er Aufträge auf einem Swiss-Type-Drehautomaten bearbeitet, drastisch veränderte, verließ sich Slabe Machine Products (Willoughby, Ohio) auf Hochdruckkühlmittel, um Späne zu brechen und aus der Schneidzone zu entfernen. Mit diesem Prozess allein kann es jedoch schwierig sein, den Kühlmittelstrom im perfekten Winkel und Druck zu positionieren, um erfolgreich zu sein.

Als Slabe Machine 2018 seinen ersten Marubeni Citizen-Cincom Swiss-Type-Drehautomaten kaufte, der mit Niedrigfrequenz-Vibration (LFV) Technologie ausgestattet war, erlebte der Lohnfertiger sofortige Vorteile, darunter kurze Späne, verbesserte Werkzeugstandzeit und Teileoberfläche, Zeitersparnis und insgesamt gesteigerte Produktivität. Tatsächlich war das Unternehmen so beeindruckt von der Maschine, dass es innerhalb eines Jahres 10 weitere Swiss-Typen mit LFV kaufte.

Aber was ist LFV und wie wendet Slabe Machine es an?

Innovation vorantreiben

Neue Technologien wie LFV voll zu umarmen, ist nicht untypisch für Slabe Machine. Das Unternehmen ist bekannt dafür, an der Spitze der Innovation zu stehen, laut Miteigentümer Brendan Slabe. „Wir steigen typischerweise beim Beginn jeder neuen Technologie ein“, sagt er. „Menschen treiben den Motor an, aber Technologie ist ein enger Zweiter. Wenn man eine schöne Verschmelzung von Technologie und Menschen hat, hat man ein Gewinnerrezept.“

Nach Erleben der „spielverändernden“ LFV-Technologie an seinem ersten Marubeni Citizen-Cincom Swiss-Type mit der Technologie kaufte Slabe Machine innerhalb eines Jahres 10 weitere Maschinen genau wie diese. Bildnachweis: Slabe Machine Products

Indem es Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Schusswaffen, Medizintechnik, Energieerzeugung, Ventile und Lager bedient, nimmt der Lohnfertiger eine Vielzahl von Aufträgen an, die ein Array an Bearbeitungsfähigkeiten erfordern. Daher glaubt Slabe daran, mit den neuesten Innovationen Schritt zu halten, um immer positioniert zu sein, um die zunehmend anspruchsvollen Erwartungen der Kunden zu erfüllen. Er sagt, sein Unternehmen war einer der ersten, der Mehrachsen-Maschinen kaufte, und er macht es sich zur Aufgabe, die neueste Technologie für Drehmaschinen, CNC-Werkzeug- und Schneidenschleifer, Swiss-Type-Maschinen, 3D-Drucker und Wasserstrahlmaschinen zu haben.

Also, als Slabe Machines Händler für Marubeni Citizen-Cincom Werkzeugmaschinen, Concentric Corp. (Cleveland, Ohio), vorschlug, der Betrieb solle LFV-Technologie ausprobieren, griff Slabe die Idee auf. Er kaufte ein Citizen L20 Swiss-Drehzentrum, auf dem er Drehen, Nuten und Bohren mit LFV durchführte.

Slabe nennt den Zeitpunkt, als er entdeckte, wie gut diese Technologie funktioniert, einen „Eureka“-Moment. „Wir fanden einen magischen Sweet Spot, wo unsere Werkzeuge von 50 Teilen Standzeit auf 500 gingen“, erklärt er.

Vibration? Kein Problem

Obwohl Vibration in einem Bearbeitungsprozess normalerweise unerwünscht ist, hat sich niedrigfrequente Vibration, entwickelt von Citizen für seine Swiss-Type-Drehautomaten, als vorteilhaft für Slabe Machine in vielerlei Hinsicht erwiesen. Da die Technologie speziell für schwer zerspanbare Materialien entwickelt wurde – wie Inconel, Hastelloy, Edelstahl, Kupfer und Aluminium – hat sie Wunder an den 11 Marubeni Citizen-Cincom Schiebespindelstock Swiss-Typen des Betriebs bewirkt, die L12, L20 und L32 Modelle umfassen.

Wie arbeitet Vibration zum Vorteil eines Schneidwerkzeugs? LFV-Technologie oszilliert den Schneider absichtlich in der Z-Achse synchron zur Rotation des Stangenmaterials. Zu Zeiten bringt sie den Schneider vollständig aus dem Schnitt.

Marubeni Citizen-Cincom sagt, die absichtlichen Luftschnitte brechen die Späne in konsistent kleine Stücke, damit sie leicht ausgespült werden können, was die Probleme der spiralförmigen Späne-Verknotung um Werkstück oder Werkzeug minimiert, bekannt als „Bird Nesting“.

„Es klingt wie problematische Vibration, wenn LFV im Einsatz ist“, erklärt Slabe. „Aber das Werkzeug löst sich nur für eine Nanosekunde vom Werkstück, koppelt wieder ein und macht die Späne fast fräsartig (klein). Werkzeuge halten bemerkenswert länger.“

Spänegrößen-Kontrolle

Die Swiss-Type-Drehautomaten, die LFV enthalten, bieten auch die Fähigkeit, die Spänegröße perfekt zu kontrollieren. „LFV ist hochentwickelte Oszillations-Synchronisation durch die Maschinenantriebe“, erklärt Matt Klecka, Vice President of Sales bei Concentric Corp. „Seine Steuerung ist so einfach wie das Ändern von Variablen in einer Zeile Programmcode, um Ihre Spänkonfiguration zu ändern.“

Slabe Machine verwendete mehrere 3/8-Zoll-Bohrer, die fast fünf Zoll tief eindrangen in dieser Anwendung, die einst lange, fadenförmige Späne erzeugte, die Werkzeugstandzeit und Oberfläche beeinträchtigten. Aber kurze Späne werden jetzt durch LFV-Programmierung innerhalb der Maschinensteuerung erzeugt.

Um den perfekten Span für optimalen Durchsatz oder den „Sweet Spot“, wie Slabe es nennt, zu finden, könnte es etwas Trial and Error seitens des Zerspaners erfordern. Er erklärt, dass es kein Handbuch gibt, um die richtigen Parameter zu referenzieren, wo das Werkzeug perfekt performt und der Span genau zum richtigen Zeitpunkt bricht. Er fügt hinzu, dass er glaubt, Stammeswissen sei involviert.

Slabe zitet ein spezifisches Beispiel, wo LFV kürzere Späne für eine Hastelloy-Applikation im Lohnfertiger erzeugte mit „keinen Strings mehr“. Hier verwendete das Unternehmen mehrere 3/8-Zoll-Bohrer, die fast fünf Zoll tief eindrangen. „Wir hatten früher lange, fadenförmige, wärmehaltende, Hartmetall-tötende Späne, die zufällig um die Bohrer wickelten und uns zwangen, den Prozess mitten drin zu stoppen, um sie zu ziehen und zu spülen“, sagt er. Aber jetzt sind sie klein – genau so, wie er seine Späne mag.

Minimierter Aufbau an Schneidkanten, reduzierte Wärmeentwicklung und Leistungsaufnahme sind zusätzliche Vorteile der LFV-Technologie, laut Marubeni Citizen-Cincom. Zusätzlich können dieselben Schneidwerkzeuge, die Slabe Machine für konventionelles Drehen verwendet, auch für LFV-Drehen genutzt werden. Das Unternehmen nutzt es für Bohren, Nuten und Gewindeschneiden-Operationen ebenfalls. Im Fall von Nutenapplikationen oszilliert/stecht das Nutwerkzeug ein und aus normal zum Stangenumfang in der X-Achse.

Produktivitätssteigerung

Nach Implementierung eines Swiss-Type mit LFV erlebte Slabe Machine schnell längere Werkzeugstandzeit, verbesserte Oberflächengüte von

Slabe sagt, LFV hat Gelegenheiten eröffnet, neue Teilarten auf seinen Swiss-Type-Drehautomaten zu bearbeiten, die zuvor auf anderen Maschinen gemacht wurden. Zum Beispiel werden Luft- und Raumfahrt-Spitzengehäuse jetzt auf den Swiss-Drehautomaten bearbeitet.

Werkstücken und Zeitersparnis für den Zerspaner und das Geschäft insgesamt. Diese Vorteile bedeuten alle gesteigerte Produktivität für das Unternehmen. Aufgrund dieser Ergebnisse entschied Slabe, mehr Maschinen mit LFV zu kaufen. Der Zeitpunkt war richtig, weil alle Swiss-Maschinen des Unternehmens aufgrund ihres Alters ersetzt werden mussten.

„Ich plante, die Maschinen einzeln zu ersetzen, aber ich entschied mich gerade, sie in unter einem Jahr zu ersetzen, weil die Effizienzvorteile so groß waren“, sagt Slabe, und merkt an, dass er wahrscheinlich keinen weiteren Swiss-Type kaufen wird, der diese Technologie nicht integriert.

Slabe sagt, LFV hat Gelegenheiten eröffnet, neue Teilarten auf seinen Swiss-Type-Drehautomaten zu bearbeiten, die zuvor auf anderen Maschinen gemacht wurden. Zum Beispiel werden Luft- und Raumfahrt-Spitzengehäuse jetzt auf den Swiss-Drehautomaten bearbeitet. Er erklärt, dass das Unternehmen in der Vergangenheit die Löcher für diese Teile auf einer separaten Maschine gundrillte, aber jetzt können die Löcher auf dem Swiss gebohrt werden. „Typischerweise hatten die Swiss-Maschinen nicht die Stärke oder Leistung, um halbe Zoll Löcher vier oder fünf Zoll tief zu bohren“, sagt er. „Aber jetzt schneidet es etwas freier, weil es nur inkrementell mit LFV-Technologie schneidet.“ Er fügt hinzu, dass diese Art von „High-Speed-Machining“ leichtere Schnitte ermöglicht, während weniger Leistung im Vergleich zu konventionellen Prozessen benötigt wird, die höhere Leistung und schwerere Schnitte erfordern.

Marubeni Citizen-Cincom Inc. | 201-818-0100 | marucit.com

Slabe Machine Products | 440-946-6555 | slabemachine.com