UNBEGRENZTE MÖGLICHKEITEN: SINTERTECHNIK ALS SMARTE SERIENLÖSUNG
Bei der Serienproduktion von metallischen Komponenten für den Maschinen- und Anlagenbau, Gebrauchsgüter, Sanitärindustrie und den Automotive Bereich bietet das Sinterverfahren signifikante Vorteile gegenüber anderen Formgebungsverfahren. Angefangen bei der Präzision , über die hohe Reproduzierbarkeit, bis hin zu enormen Einsparpotenzialen, z.B. durch das Entfallen von Nachbearbeitungsprozessen. Im folgenden Praxisbericht wird die Entstehung eines komplexen gesinterten Serienteils für die Möbelindustrie von der Anfrage bis hin zum fertigen Produkt erläutert.
Kurzporträt der SIMON Sintertechnik und des Auftraggebers
Der Bereich Sintertechnik der Karl Simon GmbH & Co. KG mit Stammsitz in Aichhalden im Schwarzwald erhielt eine Kundenanfrage zur Herstellung einer Funktionskomponente für ein neuartiges Scharnier zur Verstellung von Kopflehnen für hochwertige Wohnmöbel. Der Kunde ist ein traditionsreiches mittelständisches Zuliefererunternehmen für Serienmöbelverstellmodule für Küchen-, Bad- und Büroausstattungen.
Die SIMON Sintertechnik gehört zur Firmengruppe SIMON, einem Unternehmen der INDUS Holding AG. Der Bereich ist nach ISO 9001 sowie TS 16949 zertifiziert und produziert mit über 60 Anlagen unterschiedlichster Art mehr als 140 Mio. Teile p.a.. Schwerpunkte liegen dabei im Bereich Automotive, im Maschinen- und Anlagenbau und in der Sanitär- und Möbelindustrie. In allen diesen Segmenten verfügt die SIMON Sintertechnik über mehrere Jahrzehnte Erfahrung.
Die Entwicklungsphase
Die ersten Entwicklungszeichnungen wurden bei SIMON intern im Rahmen einer Machbarkeitsstudie bewertet. Im direkten Dialog mit der F&E-Abteilung des Kunden wurde gemeinsam eine sintergerechte Auslegung des Artikels erarbeitet.
Die Zeichnungen wurden dahingehend optimiert, bis außen liegende Fasen, Radien und Übergänge so ausgelegt waren, dass das Presswerkzeug kostenoptimal herstellbar war und die geforderten Toleranzen am Artikel sowie die nötigen Funktionen erreicht werden konnten.
Parallel dazu wurde der Werkstoff festgelegt. Hierbei griff einer der herausragenden Vorteile der Sintertechnik, bei der die Werkstoffauswahl vollkommen frei den spezifischen Anforderungen des Artikels angepasst werden kann. Bei der hier beschriebenen Komponente musste eine hohe Festigkeit erreicht werden, woraufhin ein Stahlpulver mit Kohlenstoff, Kupfer, Nickel und Chromanteilen definiert wurde. Selbstverständlich wurden auch Kostenfaktoren und produktionstechnische Faktoren berücksichtigt, z.B. dass sich der ausgewählte Sinterwerkstoff aufgrund der Artikelgeometrie im Werkzeug prozesssicher verdichten sowie entformen lässt.
Die Werkzeugkonstruktion
Die Werkzeugkonstruktion der Firma SIMON begann anschließend mit der Erstellung eines Presswerkzeuges für die Komponente. Aufgabenstellung war, ein Presswerkzeug auf eine vollhydraulische Pulverpresse mit neun geregelten Achsen auszulegen. Das Teilehandling wurde festgelegt. Die Herausforderung war, die Grünlinge ohne Beschädigungen aus dem Pressenraum zu transportieren, um sie danach in speziellen Sinterbehältern so zu positionieren, dass alle Teile beschädigungsfrei durch die Durchlaufsinteranlage geführt werden können.
Der eigene Werkzeugbau konvertierte die aus der Entwicklungsphase resultierenden 3-D CAD-Daten unter Berücksichtigung seiner Prozessdaten in eine Datei, aus der anschließend die jeweiligen Erodierelektroden hergestellt wurden.
Die Herstellung aller benötigten Werkzeugkomponenten forderte annähernd alle Bearbeitungsoptionen des Werkzeugbaubereichs: Drehen, Fräsen, Schleifen, Senkerodieren, Drahterodieren, Härten sowie abschließendes feinstes Polieren aller sich berührenden Oberflächen, um die Werkzeugreibung möglichst gering zu halten, um die Reibung und die Entformung der Komponenten zu erleichtern.
Der Fertigungsablauf; Pressen und Sintern der Erstmuster/ Nullserie
Nach Herstellung aller Presswerkzeugelemente erfolgte das Rüsten der Pulverpresse. Für den gesamten Pressablauf, vom Füllen der Matrize mit dem pulverförmigen Werkstoff über das Zusammenfahren der Werkzeugelemente, das Verdichten bis hin zum Entformen, wurde ein Pressprogramm erstellt. Die Grünlinge werden mit einem gesteuerten Greifer abgenommen und auf einem Transportband aus der Pressanlage transportiert.
Im nachfolgenden Sinterprozess ergibt sich eine feste Verbindung der bis dahin lose aneinander gepressten Partikel.
Bei einer Endtemperatur von ca. 1150 C° sowie einem Prozessgasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff erhalten die Teile Ihre geforderte Festigkeit. Hierbei durchlaufen die Teile zuerst eine Entwachsungsphase bei der die Presshilfsmittel ausgetrieben werden, sowie eine anschließende Sinterphase bei der die einzelnen aneinander gepressten Granalien eine feste Verbindung eingehen.
Letztlich wurden die Teile einsatzgehärtet, um die spezifischen Drehmomente die gefordert wurden zu erreichen.
Nachdem die ersten gesinterten Komponenten in allen Merkmalen der Kundenspezifikation entsprachen, wurde der Erstmusterprüfbericht erstellt.
Im Moment werden pro Jahr ca. 300.000 Teile produziert mit guten Aussichten auf steigende Stückzahlen.
Zusammenfassung
Zwischen der Anfrage, der Optimierung des Artikels, der Konstruktion, dem Produktionsprobelauf sowie der Erstmusterfertigung lagen nur wenige Wochen.
Analysen des Kunden ergaben, dass eine zerspanende Herstellung des Bauteils wirtschaftlich nicht tragbar gewesen wäre. Auch bezüglich der Reproduzierbarkeit der Maße lag das Sinterverfahren klar im Vorteil.
Die F&E Leitung des Kunden zeigte sich sehr beeindruckt von der umfassenden technischen Beratung und den eingebrachten konstruktiven Ideen der Firma SIMON, sowie von der Schnelligkeit, mit der die Produktentwicklung erfolgreich abgeschlossen werden konnte. Bei einem Workshop der beim Kunden abgehalten wird, werden die Vorteile und Möglichkeiten der Sintertechnik den Bereichen Entwicklung, Konstruktion sowie Einkauf näher gebracht, da davon auszugehen ist, dass einige bestehende Artikel - die bisher aufwändig zerspanend hergestellt wurden - kostengünstiger mittels der Presstechnik substituiert werden können.