Walter Motoren aus Aluminiumgusslegierungen

Wer Emissionen (CO2) senken will, muss Kraftstoff sparen, unter anderem durch Gewichtsreduktion. Diese führt mehr und mehr dazu, dass leichtere Werkstoffe verwendet werden. Fast 70 Prozent aller Motorblöcke bestehen inzwischen aus Aluminiumgusslegierungen. Tendenz steigend. - Bild: Walter AG

Schon heute liegt der Anteil von Aluminium-Motorblöcken bei 70 Prozent, die lange üblichen Werkstoffe Grauguss und Stahl machen nur noch knapp ein Drittel der produzierten Motoren aus. Verbreitet sind auch Komponenten aus Bimetall, wie Motorblöcke, bei denen in einen Aluminiumcorpus Zylinderlaufbuchsen aus Grauguss eingebracht werden. Der Zerspanungsprozess, vor allem das Schruppen und Schlichtfräsen, ließ sich bisher nur mit unterschiedlichen Werkzeugen darstellen. Das schlägt sich auch bei den Kosten nieder: Es müssen nicht nur mehrere Werkzeugtypen angeschafft, sondern auch Ressourcen für die Werkzeuglogistik und -beschaffung sowie für den Werkzeugwechsel vorgehalten werden.

Wer es hier schafft, verschiedene Bearbeitungsprozesse in einem Werkzeug zusammenzufassen, erreicht deutliche Effizienzgewinne. Für einen Autohersteller, der seine Motoren in hohen Stückzahlen selbst fertigt, haben die Zerspanungsprozess-Experten von Walter genau das geschafft und einen PKD-Fräser entwickelt, mit dem sich verschiedene Arbeitsgänge prozesssicher zusammenführen lassen. So konnten die Kosten pro Bauteil deutlich gesenkt werden.

Walter PKD-Fräser
Bisher mussten Wechselschneidplatten auf verschiedene Walter-Werkzeuge geschraubt werden, der neue PKD-Fräser führt die Anwendungen jetzt in einem Werkzeug zusammen. - Bild: Walter AG

Das PKD-Sonderwerkzeug lässt sich zum Schrupp- und Schlichtfräsen von Aluminiumbauteilen, für das Schmierfräsen von Aluminiumguss-Motorblöcken sowie zum Schlichtfräsen von Bimetall-Motorblöcken einsetzen. Möglich wird diese Vielseitigkeit durch Wechselschneidplatten, die jeweils auf die verschiedenen Anwendungen optimiert sind. Bisher mussten sie auf verschiedene Walter-Werkzeuge geschraubt werden, der neue PKD-Fräser führt die Anwendungen jetzt in einem Werkzeug zusammen. Er schafft im Super-Finish-Schnitt 0,5 bis 0,8 mm Aufmaß, bei gröberen Bearbeitungsschritten bis zu 8 mm.

Aluminiumlegierungen sind nicht nur besonders leicht, sie lassen sich auch sehr gut zerspanen. Die Faktoren, die Prozesssicherheit und Oberflächenqualität entscheidend beeinflussen, sind die Spanabfuhr und die Lunker-Bildung.
Die Spanabfuhr ist bei einem klebefreudigen Material immer ein Problem. Dazu kommen bei Motorblöcken noch die zahlreichen Kavitäten wie Bohrungen, Buchsen und Vertiefungen. Das Risiko, dass die Oberfläche durch eine schlechte Spanabfuhr beschädigt wird, ist hoch. In früheren Zeiten hat man das Problem gelöst, indem man die Bauteile eigens gesäubert hat. Ein Extra-Arbeitsgang, den man heute unbedingt vermeiden will – schließlich bedeutet er Mehrkosten. Viele Motorblöcke sind außerdem so geformt, dass selbst beim Waschen nicht alle Späne prozesssicher entfernt werden. Walter ist diese Herausforderung angegangen, indem der PKD-Fräser mit einem Kühlmittelkanal konstruiert wurde, der zentral durch das Werkzeug führt. Der Kühlmittelstrom transportiert die anfallenden Späne so sicher vom Bauteil weg.

Walter: Lunker werden zugeschmiert
Lunker, die sich beim Aluminiumguss bilden, werden beim Fräsen aufgerissen und führen unbearbeitet zu Undichtigkeiten im Motorblock, Kurbelgehäuse oder Zylinderkopf. Diese Löcher müssen in einem weiteren Arbeitsgang wieder "zugeschmiert" werden. - Bild: Walter AG

Ein weiterer Faktor, der die Oberflächenqualität von Aluminium beeinträchtigt, sind die Lunker, die beim Guss entstehen. Sie werden beim Fräsen aufgerissen. Bleiben sie unbearbeitet, ergeben sich Undichtigkeiten im Bauteil. Um eine homogene Oberfläche zu erzeugen, ist bisher ein zweiter Arbeitsgang mit eigenem Fräswerkzeug notwendig. Die poröse Oberfläche wird dabei wieder "zugeschmiert". Der von Walter entwickelte PKD-Fräser kann beides: Schlicht- und Schmierfräsen. Gewechselt werden müssen nur noch die Wendeschneidplatten, nicht mehr das gesamte Werkzeug.

Die Vielseitigkeit erstreckt sich auch auf Bimetall-Werkstücke: Aufgrund der sehr unterschiedlichen Eigenschaften von Aluminium-Motorblock und Zylinderlaufbuchsen aus Grauguss musste beim Schlichten der Oberflächen bisher das komplette Werkzeug gewechselt werden. Beim neu entwickelten Walter-PKD-Fräser müssen dagegen nur die passenden Wendeschneidplatten eingesetzt werden. vg