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Hideyuki Fujii Gifu Abt. Luft- und Raumfahrt. Seit 2015 im Unternehmen / Shogo Tanaka, Gruppenleiter, Gifu Aero Group, Assistant Manager, Abt. Luft- und Raumfahrt. Seit 1999 im Unternehmen / Hiroki Okumura, Abt. Produktionstechnik Legierungsherstellung. Seit 2014 im Unternehmen.

Die DSA-Serie wurde im September 2019 speziell für die Bearbeitung von hitzebeständigen Legierungen auf den Markt gebracht. Bei der Bearbeitung von hitzebeständigen Legierungen kann die durch die Reibung entstehende Wärme leicht zu einer erheblichen Erwärmung des Werkstoffs führen und damit zu einer Kaltverfestigung. Aus diesem Grund sind solche Werkzeuge erforderlich, die eine konstante Präzision gewährleisten können. Das Engagement der Forschungs- und Entwicklungsabteilung diese Eigenschaften zu erreichen und die Werkzeuge über einen Zeitraum von drei Jahren zu testen, führte zur Entwicklung von neuen innovativen Produkten. 

Drei herausragende Technologien und Hartmetallwerkstoffe, die diese Technologien unterstützen

― Warum wurde die DSA-Serie entwickelt?

Tanaka:“ „Laut Prognosen vor COVID-19 würde der Flugzeugmarkt in den nächsten 20 Jahren mehr als 40.000 neue Flugzeuge benötigen. Da jedes von ihnen mindestens zwei Motoren benötigt, müssen mindestens 80.000 Motoren hergestellt werden. Das wiederum bedeutet, dass auch Werkzeuge für die Bearbeitung von Werkstoffen für diese Motoren benötigt werden. Mitsubishi Materials stellt die WSTAR-Bohrerserie für Mehrzweckanwendungen sowie ein erweitertes Sortiment an Bohrern für verschiedene Werkstoffe her (Typen M, K, N, H). Für die Bearbeitung von hitzebeständigen Legierungen (Typ S) gab es jedoch noch keine Bohrer. Aus diesem Grund hat sich das Unternehmen in den letzten Jahren mit der Entwicklung der DSA-Serie beschäftigt.“

Fujii: „Im Oktober 2016 wurde die Luft- und Raumfahrtabteilung gegründet. Ich wurde der Abteilung zugeteilt und übernahm die Entwicklung der DSA-Serie d. h. eine Serie von VHM-Bohrern für die Bearbeitung hitzebeständiger Legierungen.“

 

― Welche Bedingungen sind für hitzebeständige Zerspanungswerkzeuge erforderlich?

Fujii: „Flugzeugteile erfordern absolute Zuverlässigkeit, und die Werkstoffe sind teuer. Daher ist eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit unerlässlich, um Ausschuss aufgrund von Defekten zu vermeiden. Darüber hinaus sind Hartmetallwerkzeuge teuer, sodass Kunden möglicherweise Werkzeuge wiederaufbereiten und wiederverwenden möchten, um die Kosten zu senken. Deshalb ist es wichtig, Geometrien zu entwerfen, die einfach nachgeschliffen und neu beschichtet werden können.“ 

Okumura: „Bei der Betrachtung von Werkstoffen sind ihre Härte, Zähigkeit und Haltbarkeit für uns absolut notwendige Bedingungen, da sich die Eigenschaften von Hartmetall je nach Verhältnis zwischen Wolfram und Kobalt erheblich verändern. Durch wiederholte Versuche konnten wir DP9020 entwickeln, ein neues PVD-beschichtetes Hartmetallmaterial mit erhöhter Härte und Zähigkeit sowie Verschleißfestigkeit.“

― Welche drei Hauptverkaufsargumente sprechen für die Serie?

Fujii: „Kühlung, Schneidkantenverfasung und Führungsfasen haben alle wichtige Eigenschaften. Bei der Bearbeitung von hitzebeständigen Legierungen wird durch den Austritt von Kühlmittel die Kühlung und Schmierfähigkeit erheblich beeinflusst. Die Kühlmittelbohrungen sind dreieckig, weil die hohe Leistungsfähigkeit vorher schon bewiesen wurde. Man hat festgestellt, dass diese Form die Schmierfähigkeit erhöht, ohne die Bohrsteifigkeit zu senken. Im Hinblick auf die Schneidkantenverfasung, die mit Schärfeund Haltbarkeit in Verbindung gebracht wird, suchten wir nach einer Form, die eine stabile Spanerzeugung erreichen könnte und auch gegen Kantenausbruch beständig ist. Durch die Diskussion zur Bestimmung der idealen Führungsfase und Schneidkantenform konnten wir die Kontaktfläche minimieren, um die Bearbeitungswärme zu begrenzen und die Bildung der Neuhärtezone zu reduzieren.“ 

Tanaka: „Bei der Bearbeitung von hitzebeständigen Legierungen ist Kühlung extrem wichtig. Deshalb haben wir bei der Entwicklung zunächst die Spezifikationen für die Kühlmittelbohrung festgelegt und dann die Schneidkantenform, Schneidkantenverfasung und Führungsfasen optimiert. Neben Kühlmittelstromsimulationen und Steifigkeitsanalysen haben wir die Spanentstehung mit einer Hochgeschwindigkeitskamera beobachtet. So konnten wir die Geometrie während der Entwicklung anpassen.“ 

Die Suche nach der besten Lösung durch umfassende Feldversuche

― Worauf lag das Hauptaugenmerk während des Entwicklungsprozesses?

Fujii: „In Bezug auf die Schneidkantenverfasung haben wir vorherige Entwicklungsfälle überprüft und uns die Zeit genommen, die beste Geometrie zu finden. Wir haben den Zyklus aus Hypothese und Bewertung wiederholt. Die Möglichkeit plötzlicher Beschädigungen an Werkzeugen kann nicht vor der eigentlichen Bearbeitung festgestellt werden.“ 

Okumura: „Das ist das Gleiche wie mit Hartmetall als Grundwerkstoff. Wir haben die Materialzusammensetzung des für die Prototypenbohrer verwendeten Hartmetalls überprüft und später den gleichen Werkstoff für die weitere Produktion der Bohrer verwendetet. Das war nötig, weil oft die Losgrößen des Werkstoffs, der für die Prototypenbohrer zu Testzwecken verwendet wird, sich von dem Werkstoff, der für die Massenproduktion der Bohrer verwendet wird unterscheiden. Die Qualitätsveränderungen aufgrund dieser unterschiedlichen Chargengröße würden zu Unterschieden in den Herstellungsbedingungen zwischen Prototypenbohrer und Massenproduktion führen. 

― Wie verlief der Entwicklungsprozess?

Tanaka: „Wir haben im Oktober 2016 mit der Entwicklung begonnen. Es dauerte etwa zwei Jahre bis die Grundentwicklung abgeschlossen war, einschließlich Entwurf, Erstellung und Bewertung eines Prototyps. Dann haben wir Feldversuche unternommen, um Sicherheit für die spätere Massenproduktion zu bekommen. Daher dauerte es fast doppelt so lange als die Entwicklung eines Standardprodukts.“ 

Fujii: „Obwohl es einige Zeit gedauert hat, das Produkt auf den Markt zu bringen, hat unsere Vertriebsabteilung es während der Entwicklung aktiv bei Kunden beworben. So konnten wir reichlich Informationen aus einem breiten Anwendungsspektrum sammeln. Letztendlich müssen Werkzeuge auch in Kundenanwendungen funktionieren, nicht nur in der Testumgebung. Deshalb war es für uns von unschätzbarem Wert, die eigentliche Leistung des Produkts zu kennen.“

Okumura: Als wir uns der Vermarktung näherten, mussten wir Werkstoffe für eine stabile Massenproduktion in Betracht ziehen. Auch wenn unser Prototyp perfekt gefertigt war, mussten wir eine Reihe von Problemen angehen, um das eigentliche Produkt zu vermarkten. Nach der Stabilisierung des Herstellungsprozesses mussten wir uns nach der Markteinführung nun um die Erfüllung der Kundenanforderungen kümmern. Vor diesem Hintergrund müssen wir uns stetig weiter verbessern.“ 

― Abschließend, was möchten Sie noch Ihren Kunden sagen?

Tanaka: „Aus Sicherheitsgründen müssen Flugzeugteile absolut zuverlässig sein. Dies gilt insbesondere für Teile, die in Motoren verbaut werden. Unsere Werkzeuge haben ihre Zulassung für die Bearbeitung von Motorteilen durch Feldversuche erhalten. Das globale Versorgungssystem für die DSA-Serie (einschließlich Nachschleifen und Neubeschichtung) ist bereits etabliert, so dass Kunden alle benötigten Teile erhalten, wenn sie sie brauchen. Wir können auch auf Sonderwünsche für Produkte zeitnah reagieren. Für die Zukunft planen wir, die Produktnutzung auf den Elektromaschinenbau für die Schwerindustrie auszudehnen.“ 

Fujii: "Je mehr Kunden die Produkte nutzen, desto mehr profitieren wir von den Rückmeldungen zur Beurteilung der Leistung unter einer Vielzahl von Bedingungen. Wir müssen solche Erhebungen analysieren, um zeitnah auf einzelne Fälle reagieren zu können. Dies erfordert ein System, das es uns ermöglicht, die Kundenbedürfnisse präzise und schnell zu erfüllen.“

Okumura: „Die Einführung neuer Produkte ist der Beginn des Projekts, nicht das Ziel. Unsere Mission ist es, auf eine Vielzahl von Kundenanfragen angemessen zu reagieren, nachdem sie die Produkte in ihrer Produktion eingesetzt haben. Sie können sich gerne an uns wenden, egal ob es um kleine oder komplexe Probleme geht.“