Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit der Produktionsprozesse nehmen stetig zu. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Teilen in Raum- und Luftfahrt, jedoch auch im allgemeinen Fahrzeug- oder Maschinenbau ist dies heute relevanter denn je.

Vorteile der Produktkennzeichnung mit Codes

Für die Produktkennzeichnung haben sich QR-Codes, auch «DataMatrix»-Codes genannt, schon länger etabliert. Diese Art der Kennzeichnung bietet verschiedene Vorteile: So können auf verhältnismässig kleiner Fläche sehr viele Informationen aufgebracht werden. Gleichzeitig ist es möglich, bei Bedarf auch individuell erforderliche Informationen aus der Maschinensteuerung auszulesen und direkt in die Beschriftung einfliessen zu lassen. Bei der Weiterverarbeitung der Teile werden die Daten dann automatisch gescannt und elektronisch im EDV-System verwaltet. Auch in der zerspanenden Fertigung wird diese Kennzeichnungsform für die Teilekennzeichnung in immer mehr Firmen eingesetzt.

Umsetzung in der Praxis

Für die Beschriftung der Codes sind auf dem Markt verschiedene Verfahren erhältlich. In erster Linie handelt es sich dabei um Laserbeschriftungsanlagen und Nadelpräger. Mit diesen Anlagen erfolgt die Markierung der gefertigten Teile jedoch immer in einem separaten Arbeitsschritt. Als Alternative besteht die Möglichkeit, die Teile mit der entsprechenden Markierung auch direkt auf der CNC-Maschine zu versehen. Damit können beliebige Informationen, wie beispielsweise die Fertigungszeit oder Serien-Nummerierungen unmittelbar in Echtzeit auf das eben gefertigte Werkstück übertragen werden. Dafür werden in der Regel entsprechend konzipierte Nadelprägewerkzeuge eingesetzt. Wie konventionelle Zerspanungswerkzeuge werden diese über den automatischen Werkzeugwechsler der CNC-Maschine eingewechselt. Aufgrund der im Werkzeug integrierten Impulssteuerung muss für die Nadelschwingung lediglich Druckluft oder die innere Kühlmittelzufuhr zugeschaltet werden.

Vor- und Nachteile dieses Vorgehens

Der Vorteil dieses Ablaufs besteht in der Einsparung des Zusatzaufwands, da die Teile nicht nochmals in die Hand genommen und in die Beschriftungsmaschine eingelegt werden müssen. Zudem ist so die grösstmögliche Prozess-Sicherheit gewährleistet, da jedes Teil bereits mit der korrekten Beschriftung versehen aus der Fertigungsmaschine kommt.

Es gibt aber auch einen negativen Aspekt zu berücksichtigen: Aufgrund dieses Ablaufs wird die Fertigungszeit jedes Teils verlängert, da die Beschriftung dabei nicht zeitparallel auf einer separaten Maschine erfolgt. Demzufolge muss individuell beurteilt werden, wann die Direktbeschriftung auf der CNC-Maschine sinnvoll ist und wann die nachträgliche Markierung mittels separater Beschriftungsmaschine besser geeignet ist. Dafür gibt es verschiedene Entscheidungskriterien wie Prozess-Sicherheit, Fertigungszeit der Teile, Serien-Grösse, Gewicht und Grösse der gefertigten Teile. Und auch die personelle und organisatorische Situation spielt eine Rolle.

Bei der Prozess-Sicherheit ist die Fragestellung wichtig, inwiefern absolut gewährleistet sein muss, dass keine Verwechslungen passieren dürfen und wirklich jedes Teil mit der korrekten Beschriftung versehen sein muss.

Bei der Fertigungszeit der Teile spielt eine grosse Rolle, in welchem Verhältnis der Zeitaufwand für die effektive Fertigung sowie für die Markierung eines Teils steht.

Es kommt aber auch auf die Serien-Grösse an und darauf, wie sich die Verlängerung der Fertigungszeit in Summe über eine komplette Serie auswirkt.

Je nach Grösse und Gewicht der gefertigten Teile sollte der Aufwand sowohl bei der Handhabung, als auch bei eventuell zusätzlich entstehenden Transports der Teile abgewogen werden.

Abschliessend sollte auch die personelle und organisatorische Situation in Betracht gezogen werden: Wie einfach ist es für die Mitarbeiter in der Fertigung, die Teile nachträglich in einem separaten Arbeitsgang zu beschriften?

Interessiert Sie das Thema «Auswahl der geeignetsten Beschriftungsmethode»? In der aktuellen Ausgabe des Magazins «GravostarNews» finden Sie eine Tabelle mit einer Aufstellung der verschiedenen Verfahren sowie die damit verbundenen Vor- und Nachteile.

Bei den meisten im Pressverfahren hergestellten Teilen entsteht bei der Formtrennung ein vorstehender Grat. Beispiele dafür sind Armaturenteile, Gehäuse, Aluminiumfelgen oder Motorradfelgen aus Carbon – dem konkreten Beispiel der folgenden Fallstudie. Bei der Auswahl des optimalen Entgratverfahrens spielen unter anderem folgende Faktoren eine Rolle: die Stärke des Grates, die Werkstückkontur sowie die erforderliche Entgratqualität. Doch eine Frage steht im Zentrum: Wie kann die Nachbearbeitung solcher Teile automatisiert erfolgen?

Verschiedene Herausforderungen

Diese Aufgabenstellung beinhaltet gleich mehrere unbekannte Komponenten, für welche Lösungen gefunden werden müssen:

1. Keine Verletzung der Felgenform: Als oberste Priorität gilt , dass die Grundstruktur der Felge auf jeden Fall unbearbeitet bleiben muss.
2. Ungenaue Positionierung: Aufgrund des Fertigungsprozesses und der Form der Felgen, die aus verschiedenen Radien besteht, ist eine genaue Positionierung nicht möglich.
3. Ungleiche Stärke der Materialüberstände: Aufgrund der Abhängigkeit vom Fliessverhalten kann die Stärke und die Position des vorstehenden Materials im Voraus nicht klar definiert werden.

1. Teillösung: Automatischer Ausgleich der Positionsdifferenzen

Zur Lösung dieser doch recht komplexen Aufgabenstellung muss diese zerlegt werden: Im ersten Schritt gilt es eine Lösung zu finden, wie die jeweiligen Mass- und Positionsdifferenzen kompensiert werden können. Zu diesem Zweck sind auf dem Markt Werkzeuge mit seitlich auslenkbarer Spindel erhältlich. Normalerweise werden diese vorwiegend für das automatisierte Entgraten von Teilen mit undefinierten Kanten eingesetzt.

2. Teillösung: Sonderfräser mit integriertem Anschlagsystem

Wie bereits beschrieben muss bei der Nachbearbeitung sichergestellt sein, dass ausschliesslich die vorstehenden Materialreste abgetragen werden. Das heisst, die Grundstruktur der Felge muss auf jeden Fall unverletzt bleiben.
Um dies zu gewährleisten, werden bei der Nachbearbeitung Sonderfräser mit integriertem Anschlag eingesetzt. Je nach Anwendung und vorhandenen Platzverhältnissen besteht dieser aus einer Führungsrolle oder einem Kugellager, welches sich auf der Materialkante abrollt. In Kombination mit der auslenkenden Werkzeugspindel werden mit dieser Werkzeugeinheit selbst Abweichungen von der Werkstück-Kontur zur Programmierung automatisch kompensiert.
Das Ergebnis: Übergangslos abgefräste Materialreste und Grate bei gleichzeitiger Sicherheit, dass nicht in die Teilekontur hineingefräst wird.

Kostenreduktion bei gleichzeitiger Qualitätsverbesserung

In der Produktion wirkt sich die Umstellung auf diese Werkzeuglösung in mehrfacher Hinsicht positiv aus: Während früher die Teile zuerst mit Zugabe vorgefräst und danach sorgfältig von Hand nachbearbeitet werden mussten, läuft heute der komplette Prozess vollautomatisiert ab. Mit der damit verbundenen Zeit- und Kosteneinsparung geht zusätzlich eine Erhöhung der Prozesssicherheit einher.

Haben Sie Fragen zum Thema „Abfräsen von überstehenden Graten an Pressteilen„? Kontaktieren Sie uns.

Der hier beschriebene Anwendungsfall wird auch Thema meines Fachvortrags am 27. April 2023 sein. Das Referat ist Bestandteil des Forums der „Fachtagung Entgrattechnologien und Präzisionsoberflächen„, welche vom 26. und 27. April in Nürtingen stattfindet. Weitere Informationen dazu finden Sie unter Termine auf unserer Webseite.

Die meisten schweissbaren Stahlarten sind für die zerspanende Bearbeitung aufgrund der Legierungsbestandteile nicht optimal geeignet. Das bedeutet, dass beim Überfräsen von Schweissteilen oftmals ein starker und zäher Grat entsteht.

Grosser Aufwand beim manuellen Entgraten

Während Grate aus Automatenstahl oder Gusswerkstoffen leicht mit Handentgratmaschinen entfernt werden können, ist bei geschweissten Teilen ein erhöhter Aufwand erforderlich: Nebst grösseren Maschinen wird dafür auch wesentlich mehr Zeit benötigt. Somit ist das manuelle Entgraten von Schweissteilen nur bei kleinen Stückzahlen sinnvoll. Bei grösseren Serien ist daher eine automatisierte Lösung gefragt.

Herausforderungen beim automatisierten Entgraten

Je nach Grösse und Komplexität betragen die Masstoleranzen an Schweissteilen meistens mehrere Millimeter. Zusätzlich kommen bei der Werkstückspannung für die Nachbearbeitung oftmals noch zusätzliche Positionsdifferenzen dazu. Die Teilebearbeitung und das Entgraten sollte aus Effizienzgründen auf einer Maschine mit derselben Aufspannung erfolgen. Dabei ist aufgrund der Massbeziehungsweise Positionsdifferenzen der zu entgratenden Kanten eine entsprechende Lösung gefordert. Die gute Nachricht: Seit mehreren Jahren sind dafür Entgratwerkzeuge mit auslenkbaren Spindeln erhältlich, welche die Differenzen zwischen programmierter und effektiver Werkstück-Kontur automatisch ausgleichen.

Prozess-Sicherheit ist entscheidend

Voraussetzung für einen automatisierten Prozess ist jedoch ein absolut zuverlässiger Ablauf. Dabei werden beim Entgraten von Schweissteilen an das Entgratwerkzeug erhöhte Anforderungen gestellt. Denn abhängig von der Bearbeitungsrichtung entstehen am gleichen Teil oftmals unterschiedlich starke Grate. Mit entsprechenden Werkzeuglösungen und dazu passenden Fräsern ist es aber trotzdem möglich, alle Kanten mit einer gleichmässigen Entgratung zu versehen. Beim Kauf des Entgratwerkzeugs lohnt es sich deshalb, auf einen kompetenten Lieferanten mit der nötigen Erfahrung bei entsprechenden Anwendungen zu vertrauen.

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