Aluminium machining in new dimensions

The aerospace industry is undergoing a transformation in terms of machine concepts. After decades of preferring to work on gantry machines or vertical machining centres, horizontal machines are now preferred for new investments, where the components are clamped upright and the spindle is moved horizontally. The main advantage of the horizontal design is the easier removal of the large quantity of chips, which practically fall into the chip conveyor by themselves.

At bavius, it’s clear that the aerospace industry has recovered from Covid. Passenger numbers have already returned to pre-pandemic levels and are continuing to rise. As a result, new planes are needed again, which keeps machine manufacturers busy. Demand in Germany, France, Spain and other countries reveals that there is a lot of investment in Europe again. Dynamic machines with high spindle power are particularly sought after.
 

Weil Fräser der OptiMill-SPM-Reihe zuvor schon bei bavius im Einsatz waren und dabei sehr gut performten, wurde MAPAL erneut angefragt. Das Timing passte: Mit dem OptiMill-Alu-Wave hatte der Werkzeughersteller gerade eine Weiterentwicklung seines VHM-Schruppfräsers fertig entwickelt und bot zudem für größere Durchmesser den neuen Alu-Hochvolumenfräser NeoMill-Alu-QBig mit Wendeschneidplatten. 

Die Fräsversuche sind im Aufbau einfach gehalten, stellen jedoch an die Werkzeuge höchste Anforderungen. bavius fräst dazu eine Reihe von Vollnuten in eine große Aluminiumplatte. Stefan Diem verfolgt damit einen sehr pragmatischen Ansatz: „Wenn das Werkzeug die Vollnut schafft, können wir damit auch Taschen fräsen und jede andere Bearbeitung machen.“ So sind die ermittelten Schnittwerte direkt auf Kundenbauteile übertragbar.
 

Für die Versuche mit dem OptiMill-Alu-Wave wählte bavius den mit 25 mm größten Durchmesser dieses dreischneidigen Fräsers. Bei einer Spindeldrehzahl von 25.465 min-1 und einer Schnittgeschwindigkeit von 2.000 m/min wurde sukzessive die Spindelleistung erhöht. Das beste Zeitspanvolumen mit rekordverdächtigen 20 dm3/min lieferte Nut Nummer 6. Dieser Testdurchgang wurde mit einer Spindelleistung von 175 kW gefahren, wobei ein Drehmoment von 66 Nm auftrat, zugestellt wurden 30 mm. Bei Versuchen mit höheren Leistungen stoppte die Maschine. „Das Werkzeug kann man voll ausfahren, der limitierende Faktor ist die Spindel“, kommentiert Diem das Ergebnis. „Mit dem 25 mm OptiMill-Alu-Wave haben wir eine neue Dimension in der Aluminiumzerspanung erreicht. Der Fräser ist definitiv besser als alles, was wir bisher eingesetzt hatten.“

Als Auszugsicherung setzte bavius das Safe-LockTM-System ein. „In diesem Drehzahlbereich ist eine symmetrische Auszugssicherung sehr wichtig, um keine Unwucht zu erzeugen“, erläutert Tim Rohmer, Product Manager Vollhartmetall-Fräswerkzeuge bei MAPAL. Eine Weldon-Fläche, wie sie bei solchen Werkzeugen oft als Auszugssicherung angebracht werde, sei hier die falsche Lösung. Um die Laufruhe der Maschine zu gewährleisten, führe auch bei symmetrischen Werkzeugen an sorgfältigem Wuchten kein Weg vorbei.

Bei den Tests in Baienfurt war man zudem mit der erreichten Oberflächenqualität sehr zufrieden. Die Kordelgeometrie des OptiMill-Alu-Wave sorgt für optimale Spanbildung. Das polierte Nutprofil gewährleistet reibungslosen Abtransport der Späne, den die Zentralkühlung des Werkzeugs im Zusammenspiel mit der externen Kühlung in der Maschine unterstützt.

In weiteren Versuchen wurden Taschen in die Aluminiumplatte gefräst, wobei noch ein Zeitspanvolumen von 16 Litern bei sehr guten Oberflächen erreicht wurde. Für Anwendungstechniker Thomas Jungbeck und Component Manager Alexander Follenweider, die die Versuche für MAPAL begleitet haben, ist das ein Beleg für die sehr gute Dynamik des bavius Bearbeitungszentrums: „Oft bleiben andere Maschinen in den Ecken stehen und bewirken hohe Vibrationen. Das tritt bei der AeroCell überhaupt nicht auf, die fast ungebremst um die Ecken fährt.“ 
 

Überaus positiv fielen auch die Versuche mit dem neuen Wendeplattenwerkzeug NeoMill-Alu-QBig von MAPAL bei bavius aus, wofür der Durchmesser 50 mm gewählt wurde. Der Aluminium-Hochvolumenfräser schaffte ein Zeitspanvolumen von 18,4 dm3/min. Auf der Maschine überzeugte der Fräser mit seiner hohen Stabilität und Laufruhe und geringen Schnittkräften. Für den Einsatz bei Drehzahlen bis zu 35.000 min-1 hat MAPAL den Grundkörper mit vier Gewindebohrungen zum Feinwuchten versehen. Die hochgenau umfanggeschliffenen Wendeschneidplatten erreichen Oberflächengüten von Ra 0,8 µm und Rz 4 µm bei der Vor- und Fertigbearbeitung. Sie sind mit polierter Spanleitstufe versehen, um den Reibwiderstand und die Hitzeentwicklung zu reduzieren. Auch wurde Gewicht eingespart, um Fliehkräfte zu reduzieren. „Bei größeren Durchmessern sind Fräser mit Wendeschneidplatten die wirtschaftlichere Lösung“, grenzt Heiko Rup, Produktmanager für Werkzeuge mit Wendeschneidplatten, sie gegenüber Vollhartmetallfräsern ab.

Beim Durchmesser 25 mm gehen die beiden Systeme ineinander über. „Manche unserer Kunden greifen nach Möglichkeit immer zu den kostengünstigeren Wendeschneidplatten, andere ersparen sich lieber einen zusätzlichen Arbeitsgang und machen mit dem Vollhartmetallfräser weiter“, berichtet Stefan Diem. Mit verschiedenen möglichen Radien seiner Werkzeuge gibt MAPAL den Anwendern Flexibilität. 

Mit dem Horizontalbearbeitungszentrum AeroCell 160 und den Aluminium-Hochvolumenwerkzeugen bieten bavius und MAPAL Anwendern eine Kombination, die die Bearbeitung von Strukturbauteilen auf ein neues Niveau hebt.