Produktionsbeschleunigung: Bewährte Strategien zur Zykluszeitreduzierung in der Automobilfertigung

Die Herausforderung, die Zykluszeit in Maschinen- und Schneidoperationen zu verbessern, lässt Zerspaner oft nach neuen Lösungen suchen. So gehen Werkstätten mit großen Volumen, strengen Prozesskontrollen und der hohen Qualität um, die die Automobilindustrie verlangt.

Mit der Automobilzerspanung verbindet man eine Vision: dedizierte Werkzeugmaschinen, die Stahl- und Gussteile in Milliardenstückzahlen fertigen.

Diese Vision hat sich in den letzten zehn Jahren etwas gewandelt, da Automobilhersteller und ihre Zulieferer auf flexible Fertigungssysteme und fortschrittliche Werkstoffe umgestiegen sind.

Dennoch bleibt die Tatsache: Produktionsmengen sind in der Automobilindustrie signifikant höher als in anderen Branchen.

Werkstätten, die solche Aufträge anstreben, brauchen extrem scharfe Kalkulationen, makellose Qualitätssicherung, pünktliche Liefertermine – und müssen bereit sein, jährlich einige Prozentpunkte vom Stückpreis abzugeben.

Dafür sind – neben anderen Faktoren – die richtigen Schneidwerkzeuge und das Applikationswissen nötig, um kürzeste Zykluszeiten und beste Standzeiten zu erreichen.

Konsistenz bei Schneidwerkzeugen wahren

Dieses Wissen ist für jeden Hersteller wertvoll, auch für die auf High-Mix/Low-Volume spezialisierten Lohnfertiger. Die Frage lautet: Was sind diese Schneidwerkzeuge, und welche Eigenschaften heben sie von allgemeinerem Werkzeug ab?

Adam Glover, District Manager bei OSG USA Inc., erklärt: Hochvolumen-Hersteller suchen Konsistenz bei Bohrern und Schaftfräsern – nicht nach spezifischer Geometrie, Sorte oder Beschichtung.

„Design und Zerspanungseigenschaften von Automobilwerkzeugen ähneln denen im Lohnfertigungsbereich, aber bei einer Million Stück pro Jahr tolerieren Sie keine Überraschungen“, sagt Glover.

„Sie brauchen vorhersagbare Standzeit. Wenn ein Bohrer oder anderes Rundwerkzeug – oder irgendein Fräser – gewechselt werden muss, wollen Sie ihn einsetzen und Cycle Start drücken“, fügt er hinzu. „Das ist Priorität eins, weshalb Automobilhersteller stets die qualitativ hochwertigsten Werkzeuge wählen, unabhängig vom Preis.“

Budget im Gleichgewicht halten

Aber Moment – wer schon Teile für die Automobilindustrie kalkuliert hat, weiß: Der Auftrag geht meist an den Lieferanten mit dem niedrigsten Stückpreis. Heißt das, Werkstätten sollten beim Werkzeugbudget sparen? Nicht wirklich, sagt Brent Marsh, Business Development Manager für den nordamerikanischen Automobilbereich bei Sandvik Coromant Inc.

„Die repetitive Natur der hochvolumigen Automobilzerspanung verlangt, dass Variation in Prozessen, Maschinen, Spannmitteln, Messmitteln und besonders Schneidwerkzeugen über längere Zeit minimiert wird“, so Marsh.

„Alles erfordert gute Prozessfähigkeit, mit weniger Abhängigkeit von manuellen Bediener-Eingriffen für das gewünschte Endergebnis“, fügt er hinzu. „Diese Faktoren bestimmen den niedrigsten Stückpreis – egal was Sie zerspanen.“

Das mag für Automobilhersteller mit ihrer Affinität zu Gusseisen, Stahl und Aluminium gelten, aber was ist mit allen anderen? Lohnfertiger bearbeiten alles von rostfreiem Stahl über Inconel, Verbundwerkstoffe bis zu hochfesten Legierungen. Vorhersagbarkeit ist auch hier wichtig, aber Premium-Preise für Premium-Rundwerkzeuge sind bei häufigeren Umrüstungen schwerer zu rechtfertigen – hier werden Werkzeuge manchmal nur einen Bruchteil ihrer potenziellen Standzeit genutzt und dann ins Regal oder in den Werkzeugkoffer gelegt. Lohnt sich Premium-Werkzeug trotzdem?

WEITERLESEN: Unterschiede zwischen Zykluszeit und Taktzeit kennenlernen.

Jenseits von Gusseisen

Chad Hefflinger findet: Ja. Als Senior Application Engineer bei Kennametal Inc. spezialisiert er sich auf polykristallinen Diamant (PKD) und polykristallines kubisches Bornitrid (PCBN) und unterstützt OEMs und Tier-1-Automobilzulieferer.

Hefflinger stimmt zu: Der niedrigste Kosten-pro-Teil wird oft mit den teuersten Schneidwerkzeugen erzielt.

„Angesichts der Langlebigkeit dieser Werkzeuge und der anspruchsvollen Automobilarbeit lässt sich der höhere Preis von PKD und PCBN leicht rechtfertigen“, sagt er.

Aber Carbid nicht vergessen, fügt Hefflinger hinzu. Während PKD-Werkzeuge häufig zum Fräsen und Bohren von Guss-Aluminium-Motorblöcken, -köpfen und Getriebegehäusen eingesetzt werden, und PCBN die erste Wahl für Gusseisen und gehärtete Stahlkomponenten ist, bleibt Carbid beliebt für neuere Werkstoffe wie kompaktiertes Graphitguss (CGI) und hochfeste Legierungsstähle – beide nehmen in der Automobilfertigung zu.

OSGs Adam Glover merkt an, dass auch rostfreier Stahl und andere Legierungen zunehmen, und Carbid für diese Metalle nach wie vor die erste Wahl ist.

„Ich arbeite mit vier Werkstätten, die Kraftstoffschienen-Komponenten fertigen – meist 316 rostfreier Stahl, aber auch 304, 2205 Duplex, 4140 und 8620 Legierungsstähle – quer durch die Bank“, sagt er. „Wir sehen sogar Verbundwerkstoffe, wie beim Innenrahmen des Stoßfängers beim neuen Corvette. Was auch immer Automobilhersteller zerspanen – die Anforderungen sind im Grunde gleich: lange Standzeit, hohe Produktivität, konsistente Qualität.“

Wenn Sekunden zählen

Alle für diesen Artikel befragten Experten sagen: Sonderwerkzeuge sind in Automobilanwendungen sehr üblich.

„Wir sehen viel Bedarf an einstellbaren Messerreibahlen für Superfinish-Anwendungen, Kombi-Stufenbohrer und Planfräser, genutete PKD-Fräser und viele andere Custom-Lösungen“, sagt Brent Marsh von Sandvik Coromant. „Sekunden zählen in diesem Umfeld, also tun Automobilhersteller alles für kürzeste Zykluszeiten, was wiederum zu niedrigsten Stückkosten führt.“

Kennametals Hefflinger bestätigt diesen Punkt mit einer Einschränkung: „Hochspezialisiert, ja, aber es gibt auch Gemeinsamkeiten“, sagt er. „Jeder Motor hat Ein- und Auslasskrümmer, Einspritzdüsen, Zündkerzenlöcher – das sind alles hervorragende Anwendungen für Custom-Bohrer und Reibahlen, da dieselben Werkzeugdesigns über viele verschiedene Teilenummern eingesetzt werden können.“

Das nützt Automobilherstellern, aber was bedeutet es für Werkstätten, die nicht Millionen Teile pro Jahr fertigen? Vielleicht nichts – außer eines: Die Ingenieure bei Ford, Chevy, GM und Co. wissen, dass Aufgabe eins in jedem Fertigungsprozess die Entwicklung des stabilstmöglichen Prozesses ist.

Überraschungen sind ein Killer, werden sie sagen, und der beste Weg, resultierende Produktionsverzögerungen und Qualitätsprobleme zu vermeiden, ist der Kauf der qualitativ hochwertigsten Werkzeuge – unabhängig von Stückzahl oder bearbeitetem Material.

Welche Herausforderungen hatten Sie bei der Bearbeitung von Automobilwerkstoffen? Welche einzigartigen Lösungen haben Sie gefunden?