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Frässysteme für den Werkzeug- und Formenbau

Familienmerkmale: produktiv und hochgenau
Frässysteme für den Werkzeug- und Formenbau

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Die kontinuierliche Überprüfung der eigenen Leistungsstärke ist eine grundlegende Voraussetzung zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit. Bei diesen zukunftssichernden Maßnahmen lassen sich wichtige Pluspunkte erzielen, wenn der Einsatz hochwertiger Werkzeuge auf einer von Anwender und Lieferant gemeinsam getroffenen Auswahl und den darauf abgestimmten Strategien beruht, die den technischen und wirtschaftlichen Anforderungen voll gerecht werden.

Autor: Wolfgang-D. Schenk

Die Kompetenz eines Werkzeug- und Formenbauers zeigt sich unter anderem im Umgang mit unterschiedlichen Werkstückgrößen, Werkstoffen, Bearbeitungs- und Genauigkeitsanforderungen. Dem damit verbundenen Zeit- und Kostendruck werden individuelle Strategien entgegengesetzt, von der Beratung über die kostenoptimierte Fertigung bis zum Service. Einen Schwerpunkt im Rahmen dieser Leistungsbeweise, die mehrheitlich auch die spanende Bearbeitung betreffen, bilden die Werkzeugkosten. Um diesen Faktor zu optimieren, entwickelte die Paul Horn GmbH unter anderem die Vollhartmetallfräser DS und die Schaft- und Schraubkopffräser sowie Aufsteckmesserköpfe DAH. Da die Werkzeuge nach Katalog ausgewählt oder als Sonderausführung kurzfristig – meist innerhalb einer Woche – erhältlich sind, ergeben sich bei der Teilevielfalt im Werkzeug- und Formenbau und den daraus resultierenden Anforderungen an die Flexibilität und Lieferzeiten weitere Vorteile.
Spritzgussform für Griffschalen in der Medizintechnik
Ein Hersteller von medizinischen Geräten beabsichtigte die Handhabung von unterschiedlichen Hilfsmitteln durch eine neu konzipierte Griffschale zu vereinfachen. Den Auftrag zur Herstellung des dafür benötigten Zweiplatten-Spritzgießwerkzeugs mit einem Formeinsatz erhielt die Firma WF Fottner GmbH aus Mössingen bei Tübingen. Der sieben Mitarbeiter beschäftigende Betrieb konzentriert sich seit der Gründung im Jahre 1987 auf die Herstellung von Spritzguss-, Druckguss- und Folgeverbundwerkzeugen bis 500 mm Seitenlänge und 1000 kg Gewicht. Eine Spezialität sind Spritzgussformen für Kleinteile mit komplizierten Strukturen. Die Kunden kommen überwiegend aus der Medizintechnik, aber auch Branchen wie Sanitär-, Automobil- und Elektronikindustrie nutzen die Präzision der Werkzeuge, deren wartungsfreundlichen Aufbau und die Möglichkeiten der individuellen Oberflächengestaltung. Sie profitieren außerdem von der hohen Fachkompetenz und Motivation der Mitarbeiter, der hohen Flexibilität und schnellen Reaktionsfähigkeit durch kürzeste Kommunikationswege sowie von einer hohen Fertigungstiefe dank bester Vernetzung mit spezialisierten Zulieferern in nächster Nähe.
Schieberbahn, Formeinsätze und Elektrode wirtschaftlich fräsen
Die Spezialisten der Firma Fottner konstruierten nach den Vorgaben des Kunden die Form – unter anderem waren 500 000 Schuss zu gewährleisten – und legten entsprechend der engen Lieferzeiten und knappen Preisvorgaben die Bearbeitungsabläufe und Werkzeuge fest. In die 196 x 296 x 76 mm große Formplatte aus Werkstoff 1.2085 musste eine Schieberbahn und eine Tasche 120 x 120 x 40 mm gefräst werden. In einer zweiten Aufspannung auf dem gleichen Maschinentisch wurde dann der Formeinsatz für die Griffschale in Werkstoff 1.2083 (Stavax ESR) gefräst. Dabei führte u. a. das vom Geschäftsführer formulierte Ziel: „Späne müssen fliegen und Toleranzen eingehalten werden“, zu der auf Horn-Werkzeugen basierenden Bearbeitungsstrategie: Vorschruppen mit Fräsern aus dem System DAH 25, Hartfräsen und Fräsen der Cu-Elektrode mit Vollhartmetallfräsern des Systems DS.
Zum Vorschruppen der Schieberbahn und der Tasche für den Formeinsatz kam ein Fräser aus dem System DAH 25, Ø 20 mm, zum Einsatz: Schnittgeschwindigkeit vc = 250 m/min, Drehzahl n = 4200 1/min, Vorschub fz = 1 mm/Z, Vorschubgeschwindigkeit vf = 8500 mm/min, Schnitttiefe ap = 0,5 mm. Im zweiten Arbeitsgang schlichtete ein 4-schneidiger Torusfräser aus dem System DS, Ø 20 mm, Eckenradius r = 2 mm, die Anlageflächen für die Schieberbahnführung und die Innenseiten der Tasche. Bei beiden Bauteilen wurde der vorgegebene Rautiefenmittelwert von Rz = 1,8 – 2,2 µm mühelos erreicht.
Danach fuhr der Formeinsatz für die Griffschale in Arbeitsposition. Ausgehend von einem Quader 130 x 148 x 60 mm schruppte zuerst ein Fräser des Systems DAH 25, Ø 12 mm, das Freiformflächenteil mit vc = 200 m/min, n = 5400 1/min, fz = 0,8 mm/Z, vf = 8600 mm/min, ap = 0,4 mm. Nach dem Härten des Formeinsatzes auf HRC 56 +/- 1 schlichtete ein Torus-Vollhartmetallfräser DST, Ø 5 mm, Eckenradius r = 1 mm, die Oberfläche entsprechend der vorgegebenen Rautiefe Rz = 2,4 µm. Das Abarbeiten des Aufmaßes erfolgte mit vc = 240 m/min, n = 15 000 1/min und fz = 0,8 mm/Z.
Hochvorschubfräsen mit dem System DAH
Das vor allem im Werkzeug- und Formenbau geforderte hohe Zeitspanvolumen beim Schruppen stellt höchste Ansprüche an die Stabilität und Standzeit des Systems DAH. Die Fräser beweisen aber auch beim Aufbohren, Plan-, Taschen-, Tauch-, Fas-, Stirn- und Zirkularfräsen von Stahl, Gusswerkstoffen und Aluminium ihre Vielseitigkeit und Stärke. Als Schaftfräser mit Weldonaufnahme, Einschraubfräser und Messerköpfe als Aufsteckfräser sind sie in elf Größen für Schneidkreisdurchmesser von 12 bis 125 mm lieferbar. Alle Halter und Schäfte verfügen standardmäßig über eine Innenkühlung und sind TiN-beschichtet.
Je nach Arbeitsbereich und Ausführung kommen 3- oder 2-schneidige Wendeschneidplatten unterschiedlicher Beschichtung zum Einsatz. Bemerkenswert ist ihre komplexe Schneidengeometrie. Ein großer Radius an der Hauptschneide erzeugt einen weichen Schnitt, sichert eine gleichmäßige Aufteilung der Schnittkräfte und damit lange Standzeiten. Auf der Innenseite sorgt ein kleiner Schneidenradius für ein problemloses und schnelles Eintauchen. Ein Primär- und Sekundärwinkel führt zu einem stabilen Keilwinkel und optimaler Schneidenstabilität. Je nach Leistung und Robustheit der Maschine können bei einer max. Schnitttiefe von 2 mm Vorschübe bis 3 mm/Zahn gefahren werden. Bei den für die kleineren Fräser entwickelten Wendeschneidplatten mit je zwei Schneiden beträgt die maximale Schnitttiefe 1,0 mm und der Eckenradius 0,4 mm. Empfehlenswert sind Vorschübe/Zahn zwischen 0,5 und 2,5 mm (bei Stahl 0,5 bis 1,5 mm) und Schnittgeschwindigkeiten von 180 bis 300 m/min.
Filigrane Elektrodenkonturen zuverlässig fräsen
Die besonderen Herausforderungen ergeben sich aus den bis zu 14 mm tiefen Kavitäten, den extrem dünnen Wandungen ≥ 0,6 mm und zwei abgewinkelten, zylinderförmigen Entlüftungen mit 0,6 mm Durchmesser. Geschäftsführer Fottner verweist auf einige sich daraus ergebende Anforderungen an die Präzision und Standzeit der Werkzeuge: „Beispielsweise durften die extrem dünnen Wände durch den Druck sich abnutzender Werkzeuge nicht beschädigt werden, außerdem benötigten wir Gratfreiheit und wir wollten möglichst wenige Fräser einsetzen.“
Diese und weitere Vorgaben erfüllten die Produkte der Fräserfamilie DS. Deshalb konnte sein Team mit nur vier „Familienmitgliedern“ folgenden Arbeitsablauf festlegen: Schruppen der Elektrode mit einem 4-schneidigen Torusfräser, Ø 6 mm, danach Fertigbearbeitung mit einem weiteren Torusfräser Ø 3 mm und Eckenradius r = 0,5 mm. Für die abschließende besonders filigrane Detailarbeit in den Kavitäten kamen nacheinander zwei DS-Mikrofräser zum Einsatz. Ein Zweischneider mit Ø 1,5 mm und ein Vollradiusfräser mit Ø 1,0 mm. Alle vier Werkzeuge erfüllten die in sie gesetzten Erwartungen, so dass die Elektrode in einer Laufzeit von 3,5 Stunden gefräst werden konnte, trotz reduzierter Parameter, um die dünnwandigen Konturen nicht zu beschädigen.
Vollhartmetallfräser DS, vielseitig und hochgenau
Die als Schaft-, Torus-, Vollradius-, Doppelradius- und Schruppfräser und mit bis zu sechzehn Schneiden lieferbaren Vollhartmetallfräser DS sind mit Schneidkreisdurchmessern von 1 – 16 mm zum Bearbeiten von Kupfer, Grafit, Aluminium, Kunststoffen, weichen und gehärteten Stählen sowie von Titan einsetzbar. Verschiedene Hartmetallsorten und Beschichtungen erlauben das „Weich-Hartfräsen“ bis etwa 60 HRC und das Hartfräsen von 56 bis 70 HRC. Mikrofräser mit Schneidkreisdurchmessern von 0,2 bis 3 mm und verlängertem Schaft bieten beim Fräsen von tiefen Kavitäten und filigranen Formen zahlreiche Bearbeitungsvorteile. Die Schäfte in h5-Qualität überzeugen mit einer Rundlaufgenauigkeit von 0,005 mm und sind damit bestens geeignet für die Bearbeitung der Cu-Elektrode für den Formeinsatz.
Fräserfamilien mit überzeugenden Qualitäten
Bei dem Zweiplatten-Werkzeug stellten die Fräser der Systeme DS und DAH ihren Anwendernutzen überzeugend unter Beweis. Wesentliche Anteile an der zeitsparenden, wirtschaftlichen Bearbeitung des Spritzgießwerkzeugs hatte das System DAH durch den hohen Spanabtrag und das System DS durch seine hochgenau arbeitenden Werkzeuge. Für Wolfgang Fottner ist ein Punkt von großer Bedeutung: „Die Werkzeuglieferung aus einer Hand vereinfacht das Handling und die einheitlichen Bezeichnungen, Abmessungen, Kennwerte und Bearbeitungsempfehlungen erleichtern uns den Überblick und die Programmierung.“ Ein weiterer Vorteil resultiert für ihn auch aus der regionalen Nähe. Sie vereinfacht den Informationsaustausch und ermöglicht ein sofortiges Reagieren. Ein Vorteil, von dem aber auch die Anwender in anderen Regionen profitieren können, denn ein Horn-Spezialist ist immer in der Nähe.
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