Die Herausforderung für die Pumpen- und Ventilbranche in Brasilien: Parallelisierung in Flanzen mit großem Durchmesser

Brasilien beherbergt Südamerikas größten Pumpen- und Ventilfertigungscluster mit Schwerpunkt im Bundesstaat São Paulo und Rio Grande do Sul. Diese Fabriken liefern Kreiselpumpen, Absperrschieber und Absperrklappen für die heimische Öl- und Gasbranche, den Bergbau und die landwirtschaftliche Bewässerungsbranche. Bei diesen Produkten ist die Planparallelität von Flanschen mit großem Durchmesser – typischerweise 800–1.500 mm – der entscheidende Faktor für die Dichtungsleistung.

Bei tatsächlichen Beurteilungen in der Werkstatt kommt ein wiederkehrendes Ergebnis zum Vorschein: Flansche, die auf manuellen Revolverdrehmaschinen bearbeitet werden, überschreiten in der Serienfertigung häufig die Planparallelitätstoleranzen. Wenn in den Zeichnungen eine Parallelität von 0,03 mm angegeben ist, liegen die tatsächlichen Messwerte regelmäßig im Bereich von 0,06 bis 0,12 mm.

Analyse der Parallelitätsabweichung auf Prozessebene

Inkonsistente Spanndaten.Das Vierbackenfutter einer manuellen Revolverdrehmaschine wird manuell betätigt und ist pro Backe unabhängig, wobei die Spannkraft vollständig vom Urteilsvermögen des Bedieners abhängt. Bei derselben Rohlingscharge wenden verschiedene Bediener – oder derselbe Bediener zu unterschiedlichen Zeiten – unterschiedliche Spannkräfte an, was zu einer ungleichmäßigen elastischen Verformung des Werkstücks während der Bearbeitung führt. Bei einem Flansch, einem dünnwandigen scheibenförmigen Bauteil, kann eine Variation der Klemmkraft um 10 % die Ebenheit der Fläche messbar verschieben.

Datumsverlust bei Prozessabläufen mit mehreren Maschinen.Ein einzelner Flansch erfordert normalerweise Plandrehen, Außendurchmesser, Bohrung, Bolzenlochfläche und Dichtungsnutbearbeitungen. In einer manuellen Werkstatt sind diese Vorgänge oft auf verschiedene Maschinen verteilt – eine Vertikaldrehmaschine für Stirnfläche und Außendurchmesser, einen Radialbohrer für Bolzenlöcher und eine Motordrehmaschine für Dichtflächen. Jedes erneute Spannen führt zu einem neuen Positionierungsfehler, der sich im endgültigen Ergebnis der Flächenparallelität summiert.

Verzögerter Werkzeugverschleißausgleich.Beim manuellen Drehen verlassen sich die Bediener auf die visuelle Inspektion und das Gefühl, um den Zustand des Werkzeugs zu beurteilen. Bis Rattermarken oder eine zunehmende Oberflächenrauheit auf Werkzeugverschleiß hinweisen, sind möglicherweise bereits mehrere Teile bearbeitet. Diese Übergangsstücke mit minderwertiger Oberflächenqualität werden selten Stück für Stück geprüft und landen häufig in akzeptierten Chargen.

Prozessverbesserungspfad mit CNC-Einständer-Vertikaldrehmaschinen

Anhand der CNC-Einständer-Vertikaldrehmaschine CK5116A (maximaler Drehdurchmesser 1.600 mm, Tischdurchmesser 1.400 mm) als Referenz umfasst der Verbesserungspfad für die brasilianische Bearbeitung von Pumpen- und Ventilflanschen:

Starres Spannsystem.Der Werkzeugschaftquerschnitt von 30×40 mm stellt eine Großraumspezifikation unter den Einständer-Vertikaldrehmaschinen dieser Klasse dar. In Kombination mit der Tragfähigkeit des Arbeitstisches von 3,2 Tonnen bleibt die Werkzeugspitze auch bei unterbrochenen Schnittbedingungen an Flanschrohlingen aus schwerem Material stabil. Dies bedeutet, dass die Starrheit des Prozesssystems selbst keine Ursache für Parallelitätsabweichungen sein wird.

Alle Vorgänge in einem einzigen Setup.Die Maschine unterstützt neun Prozesse – darunter Plandrehen, Innen-/Außendrehen, Bohren, Reiben und Nuten – in einem einzigen Spannzyklus. Der Außendurchmesser, die Stirnfläche, die Bohrung und die Dichtflächen eines Flansches können nacheinander bearbeitet werden, ohne dass das Spannfutter gelöst werden muss, wodurch der in brasilianischen Fabriken übliche kumulative Übertragungsfehler bei mehreren Maschinen vermieden wird.

Langzeitstabilität des Spindelantriebssystems.Die Hauptantriebszahnräder bestehen aus 40Cr-legiertem Stahl mit geschliffenem Finish, gepaart mit einem AC-Servomotorantrieb und einem stufenlosen Vierganggetriebe. Bei einem Dauerbetrieb von mehr als acht Stunden bleiben Getriebegeräusche und Präzisionsverluste kontrollierbar. Für den für brasilianische Fabriken typischen Einschicht-Betriebsmodus gewährleistet dieses Antriebsdesign eine gleichbleibende Parallelitätsbearbeitungsfähigkeit über längere Produktionsläufe hinweg.