Werkzeug-Konzepte für den Formenbau

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Werkzeug-Konzepte für den Formenbau

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Die Entwicklung und die Einführung neuer Wendeschneidplatten (WSP) und Werkzeuggeometrien für die spanende Bearbeitung von Formen und Gesenken ist ein kontinuierlicher Vorgang, der durch eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit, Werkzeugstandzeit, Oberflächenqualität und Wirtschaftlichkeit geprägt ist.

Autoren: R. Wertheim (Vizepräsident CIRP Iscar, Israel), J. Harpaz (Geschäftsführer, IMC Iscar, Israel), Satran (R&D Cutting Tools, Israel)

Der Einsatz neuer Spannvorrichtungen erlaubt die Verwendung kleinerer WSP, ermöglicht höhere Spannkräfte, sorgt für eine stabilere Aufnahme der Platten und verringert Schnittkräfte, Leistungsbedarf und Wechselzeiten. Der Einsatz multifunktionaler WSP stellt den bislang größten Fortschritt in der Geometrieentwicklung dar. Er gestattet die Durchführung unterschiedlicher Zerspanoperationen mit nur einer WSP. Die Anzahl von WSP-Typen kann sowohl im Revolverkopf als auch in der Lagerhaltung reduziert werden. Optimierte WSP- und Spanformer-Geometrien ermöglichen beim Fräsen, Bohren und Formdrehen eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit, verlängern die Standzeit der Werkzeuge, reduzieren Schnittkräfte und Vibrationen, und erlauben es Spanform und Spanbruch zu beeinflussen.
Die spanende Bearbeitung von Formen und Gesenken hängt von Konstruktion, Form, Größe, Toleranzen, den unterschiedlichen Bauteilen, den Werkstoffen von Formen und Gesenken sowie dem Fertigungsablauf ab. Es lassen sich Formen und Gesenke für die Kunststoffverarbeitung wie Extrusion, Spritzgießen, Blasformen und Heißpressen sowie Schmiedegesenke und Gießformen, Formen für die Produktion von Blechteilen durch Abscheren, Biegen oder Ziehen, und Formen für die Herstellung pulvermetallurgischer Bauteile unterscheiden.
Das Produkt bestimmt die Form
Der Werkstoff für Formen und Gesenke wird von Material, Form und Produktionsmethode des hergestellten Gutes bestimmt. So werden z. B. Formen zur Erzeugung von Kunststoffteilen aus Stahl, Edelstahl oder sogar Aluminium gemacht. Bild 1 zeigt eine Hälfte einer Blasform für Flaschen sowie den durch Spritzgießen entstandenen rohrförmigen Kunststoffrohling mit dem Gewindestück am Flaschenhals. Die gezeigte Formhälfte ist aus Aluminium, die übrigen Teile der Form sind aus Edelstahl. Die spanende Bearbeitung der Formteile erfordert sehr hohe Genauigkeit und höchste Oberflächengüten, um die Herstellung qualitativ hochwertiger Flaschen ohne Gratbildung in optimal dichten Formen zu gewährleisten. Aufgrund der hochkomplizierten Gestalt der Form wird die Bearbeitung in mehreren spanenden Arbeitsschritten, gefolgt von dem abschließenden Poliervorgang, durchgeführt. Geschliffen werden nur ebene Flächen.
Bild 2 zeigt die Spritzgussform eines Telefonbauteils (Abb. 2A) und das Schmiedegesenk für die Schaufel eines Düsentriebwerkes (Abb. 2B), das aufgrund der hohen Schmiedetemperaturen und der enormen Umformungskräfte beim Schmieden über große Festigkeit und Warmhärte verfügen muss. Das in dem Gesenk umgeformte Werkstück hat eine Temperatur von annähernd 800 °C. Daher besteht es aus hochwertigem Stahl von hoher Wärmebeständigkeit. Die Bearbeitung des Gesenkes erfordert hochleistungsfähige Maschinen und Werkzeuge.
In der Regel beinhaltet die Bearbeitungsabfolge einer Form aus legiertem Stahl Schrupp- und Vorschlichtvorgänge. Dann erfolgt eine Wärmebehandlung (Härten), bevor mit der abschließenden Fertigbearbeitung die geforderte hohe Genauigkeit und Oberflächengüte erreicht wird.
Der aufwändigste Teil bei der Fertigbearbeitung ist, aufgrund der hohen Materialhärte, das Schleifen.
Daher bemühen sich Werkzeug- und Formenbauer, den kostenintensiven Schleifvorgang nach dem Härten durch Hartbearbeitung unter Schlicht- und Feinschlichtbedingungen zu ersetzen. Diese Vorgehensweise spart Zeit und Geld und ist heute durch die Entwicklung neuer Werkzeuggeometrien, Schneidstoffe sowie die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC) möglich. Durch steifere Maschinen und moderne Hochgeschwindigkeitsspindeln lassen sich auch mit der Hartbearbeitung höchste Genauigkeiten erreichen.
(Fortsetzung in der nächsten mav)
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