„Markante Produktivitätssteigerungen“ in der Zerspanung verspricht die Steeltec AG beim Einsatz ihrer Automatenstähle SwissCut. 27 % geringere Teilekosten seien in der Praxis schon erzielt worden. Das Geheimnis der optimierten Materialien ist die gezielte Einstellung der oxidischen Einflüsse.
Die Faustregel für minimale Durchlaufzeiten und niedrige Teilekosten in der automatisierten Fertigung sind Schnittgeschwindigkeiten über 100 m/min. Zugleich sind lange Werkzeugstandzeiten entscheidend in der Serienproduktion. Da konventionell eingesetzte Automatenstähle diesen Anforderungen häufig nicht standhalten, hat die Steeltec AG, ein Unternehmen der Schmolz+Bickenbach-Gruppe, eine effiziente Alternative entwickelt: die Hochleistungsautomatenstähle SwissCut. Sie sind zerspanungsoptimiert und ermöglichen quantifizierbare Produktivitätssteigerungen, wie Steeltec an Praxisbeispielen zeigt.
Doch die Geschwindigkeit allein ist nicht das Maß aller Dinge. In der Massenherstellung von Präzisionsteilen ist die gleichmäßige Werkstoffqualität von Charge zu Charge mitentscheidend für eine hohe Produktivität der Werkzeugmaschine und für die Toleranzhaltigkeit des Bauteils. „Neben der Wahl des passgenauen Werkstoffs empfehlen wir, den ganzen Prozess zu optimieren, um maximale Rentabilität in der Fertigung zu erreichen“, erklärt Guido Olschewski, Leiter Qualitätsmanagement und Entwicklung bei Steeltec. Daher ermittelt der Stahlexperte gemeinsam mit den Kunden die optimalen Werkzeuge, Schnittgeschwindigkeiten, Spantiefen und Vorschübe – die Prozesssicherheit stets im Blick.
Das Potenzial dieser Prozessoptimierung zeigt sich am Beispiel von komplexen Bauteilen für den Fahrzeugbau: Ein Präzisionsbauteil, das in Einspritzsystemen von Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommt, wird mit einem hohen Zerspanungsanteil von 65 % aus einem Stabstahl mit einem Durchmesser von 35 mm gefertigt. Als Werkstoff hierfür ist der Standardautomatenstahl 11SMnPb37 weit verbreitet. So auch bei einem Zulieferer der Automobilindustrie, der sich auf eine Prozessoptimierung einließ. „Die CNC-Werkzeugmaschine unseres Kunden war bereits dahingehend optimiert, dass er zwölf Stunden ohne Werkzeugwechsel nonstop prozesssicher produzieren konnte“, so Olschewski. „Die Produktivitätssteigerung erreichten wir, indem wir den Standardautomatenstahl durch unseren SwissCut SC37Pb ersetzten und die Prozessparameter optimierten. Dies ermöglichte eine Taktzeitverringerung von 37 Prozent pro Teil.“
Der Anwender steigerte mit dem neuen Werkstoff die Schnittgeschwindigkeit auf bis zu 377 m/min für die Zerspanungsoperation Schruppen, ohne erhöhten Werkzeugverschleiß. Hingegen erlaubte der Standardautomatenstahl 11SMnPb37 trotz optimierter Prozessparameter nur eine Schnittgeschwindigkeit von maximal 240 m/min für die gleiche Zerspanungsoperation. Der Einsatz des Hochleistungsautomatenstahls macht sich also entsprechend bemerkbar: Rund 27 % der Teilekosten spart der Steeltec-Kunde unter Einsatz des Hochleistungsautomatenstahls SwissCut ein. Weitere Vorteile sind eine verbesserte Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit des Präzisionsbauteils. „Der Einsatz von verschleißbeständigen Wendeschneidplatten und der prozesssichere Spanbruch des Werkstoffs erlauben sogenannte Geisterschichten, die ohne Aufsicht erfolgen“, ergänzt Olschewski. „Das steigert die Rentabilität nochmals deutlich.“
Das Erfolgsgeheimnis der SwissCut-Hochleistungsautomatenstähle ist die gezielte Einstellung der oxidischen Einschlüsse. Beträgt die Schnittgeschwindigkeit mehr als 100 m/min, sind ein Manko vieler konventioneller Automatenstähle die harten und abrasiven Oxide im Stahl. Sie entstehen bei der Herstellung während der Schmelzführung und beim Erstarren des Stahls als Folge von Desoxidationsprozessen. Bei hohen Schnittgeschwindigkeiten führen sie zu einem massiven Werkzeugverschleiß und begrenzen auf diese Weise die erzielbare Zerspanungsleistung und damit die Produktivität.
Um die Schnittgeschwindigkeit steigern zu können, modifizierte Steeltec in Zusammenarbeit mit seinem Schwesterunternehmen Swiss Steel die Oxideinschlüsse im Stahl per gezielter Schmelz- und Schlackenführung. Das Resultat ist ein Hochleistungsautomatenstahl mit weichen, nicht kristallinen Einschlüssen, die bei der Wärmeentwicklung während des Hochleistungszerspanens schmierend wirken.
Auch bei langsamen Zerspanungsoperationen, wie zum Beispiel bei Bohrungen, bewährt sich der Einsatz des SwissCut SC37Pb, berichtet der Anbieter: Die filigranen Löcher im Präzisionsbauteil fertigt der Zerspaner bei einer Geschwindigkeit unter 100 m/min. „Zentrale Herausforderung hierbei ist die Aufbauschneidenbildung bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten“, erläutert Olschewski. „Wir greifen daher auf eine bewährte Lösung zurück und fügen der chemischen Analyse des Hochleistungsautomatenstahls Blei hinzu.“ Die Legierung gewährleistet die erforderliche Schmierung bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten. Damit bieten die bleilegierten SwissCut-Stähle über den gesamten Schnittgeschwindigkeitsbereich hinweg gute Zerspanungseigenschaften.
Die bleifreien und die bleihaltigen SwissCut-Stähle sind in den Abmessungen von 10 bis 36 mm verfügbar. Steeltec liefert die gezogenen Stäbe standardmäßig in Längen von 3 und 6 m aus. Die Stangengeradheit beträgt # 0,3 mm/m.
Fazit: Die zerspanungsoptimierten Stähle SwissCut sind in der Hochleistungszerspanung von Serienteilen eine effiziente Alternative zu konventionellen Automatenstählen. Bei Schnittgeschwindigkeiten über 100 m/min entfalten sie ihr Potenzial und stärken bauteilspezifisch die Produktivität. Die Anwender profitieren von längeren Werkzeugstandzeiten, einer hohen Bauteilqualität und insgesamt von niedrigeren Teilekosten.
Hanna Maurer Fachjournalistin in Montabaur
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