Strategie mit Einspareffekt

Die Midena Elektrowerkzeugbau GmbH ist mit insgesamt 30 Mitarbeitern in der Mennekes-Gruppe für die Herstellung der Spritzgießformen sowie deren Wartung, Änderung und Reparatur zuständig. Verbaut werden die damit produzierten Kunststoffteile in Industriesteckvorrichtungen für den hochstromigen Einsatz sowie in der Automobilindustrie im Bereich der E-Mobilität. Dabei sind die Anforderungen an die Werkzeuge hoch: Hohe Zykluszahlen, anspruchsvolle, teilweise glasfaserverstärkte Kunststoffe, 2K-Technologie und hohe Stabilität bei minimalem Werkstoffeinsatz, um nur einige zu nennen.

Um diese Ansprüchen realisieren zu können, verfügt Midena über einen hervorragend ausgestatteten und modernen Maschinenpark. So ist man in der Lage, alle Bearbeitungen vom

Die Wallbox von Mennekes ist ein Ladesystem für die Elektromobilität im privaten und halböffentlichen Bereich. Die verbauten Kunststoffkomponenten werden ausschließlich mit Spritzgießwerkzeugen aus dem Hause Midena produziert.

Fräsen über das Draht- und Senkerodieren bis hin zum Schleifen und CNC-Drehen im eigenen Hause durchzuführen. Das besondere Augenmerk liegt dabei auf dem Fräsen. Auf zwei HSC-Fräsmaschinen von OPS Ingersoll fertigt man hauptsächlich Elektroden und kleinere Einsätze. Eine weitere HSC-Maschine ist in Planung und soll den Einstieg in die Automation einleiten.

Die Wunschmerkmale dieser Maschine: Platz für etwa 100 Werkzeuge, 50 Elektroden und fünf UPC- Palettenplätze. DMG ist mit insgesamt drei Bearbeitungszentren vertreten – dabei wird eine DMC 63 hauptsächlich für die Plattenbearbeitung eingesetzt und auf einer DMU 85 Monoblock und einer DMU 50 werden überwiegend Einsätze gefertigt. Externe Fertigungs-kapazitäten nutzt man kaum.

Dazu Artjom Siemens, Leiter der Arbeitsvorbereitung: „Die Platten lassen wir uns bereits mit Systembohrungen und teilweise auch mit Tieflochbohrungen von namhaften Normalienherstellern anliefern. Ebenfalls extern beziehen wir Formeinsätze mit konturnaher Kühlung, die im Laser-Cusing-Verfahren hergestellt werden – eine sehr gute, aber auch teure Technologie.“

Programmiert werden die Maschinen ausschließlich mit Softwareprodukten von 3D Systems. Für die Drehbearbeitung setzt man seit etwa sechs Jahren Virtual Gibbs ein, für den Elektrodenprozess sowie für die gesamte Fräs- und Bohrprogrammierung das Formenbaupaket CimatronE.

Auf einen Blick

Vorteile VoluMill von 3D Systems

Was ist das Besondere an den VoluMill-Strategien im Vergleich zu den herkömmlichen Schruppalgorithmen? Das Zauberwort heißt „Schälschnitt“. Hierbei wird mit reduzierter Seitenzustellung und maximierter Tiefenzustellung gearbeitet. Die gesamte Schneidenlänge des Werkzeugs wird so gleichmäßig belastet und abgenutzt. Hinzu kommen besonders harmonische Werkzeugwege, die ohne scharfe Richtungsänderungen auskommen. Während der gesamten Bearbeitung wirken konstante Belastungen auf das Werkzeug ein. Interessant ist auch das Thema Kühlung. Der Großteil der entstehenden Wärme wird über die Späne abgeleitet. Die Erwärmung des Bauteils und des Werkzeugs wird dadurch minimiert. Auf eine zusätzliche Kühlung kann damit trotz des hohen Zerspanungsvolumens verzichtet werden.

CimatronE wird bei Midena seit vielen Jahren für den gesamten Elektrodenprozess, von der Ableitung über die Dokumentation und die NC-Programmierung bis hin zur automatischen Ausgabe der Erodierparameter mittels EDM-Setup an

Die Bearbeitungszeit für die Schruppbearbeitung dieses Formeinsatzes konnte durch die VoluMill-Strategien um über 50 Prozent gesenkt werden. In nur einer Tiefenzustellung wird von außen bis an den Dom herangefahren. Von dort wird die Formschräge treppenförmig nach oben abgearbeitet.

die Senkerodiermaschinen, verwendet. Alle NC-Fräsprogramme, von der Taschenbearbeitung über das angestellte 3+2-Achsen-Fräsen bis hin zum 5-Achsen-Simultanfräsen, werden mit der CimatronE NC-Solution erstellt. Darüber hinaus kann Midena mit CimatronE bei Bedarf auch Änderungen an den Artikeldaten vornehmen. Auf die Frage, was ihm neben diesen Dingen im CimatronE besonders gefällt, antwortet Siemens: „Das automatische Bohren ist ein sehr feines Tool. Damit läuft die Bohrprogrammierung zu 95 Prozent vollautomatisiert ab. Wir haben die Bohrsequenzen komplett auf unseren Werkzeugvorrat abgestimmt. So konnten wir eine unserer Auswerferplatten, mit immerhin 120 Bohrungen, in nur 20 min programmieren und das bei maximaler Prozesssicherheit.“ Zuletzt entschied man sich für die Anschaffung der Softwarelösung VoluMill für die Programmierung des Hochgeschwindigkeitsschruppens.

VoluMill als Empfehlung

Die CimatronE-Spezialisten empfahlen Midena das VoluMill zunächst bei großvolumigen Schruppaufgaben zu testen – zum Beispiel bei großen Formeinsätzen oder Taschen in den Formplatten. „Wir haben in einer Formplatte vier Taschen ausgekoffert. Mit der herkömmlichen Strategie dauerte das 40 Minuten, mit der VoluMill-Strategie gerade mal sechs“, erläutert Siemens. Neben der Zeitersparnis ergaben sich aber auch noch andere, nicht weniger wichtige Vorzüge durch den Einsatz des Moduls. „Durch die geringere Belastung können wir unsere Fertigungskapazitäten wesentlich flexibler einsetzen. Maschinen, die augenscheinlich nicht für die Schruppbearbeitung geeignet sind, können dank der reduzierten Spindellast wenn nötig auch einmal zum Schruppen eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Nachtlaufzeiten ist die Prozesssicherheit für uns besonders wichtig. Diese erhöht sich nicht zuletzt durch steigende

2K-Spritzen: Zunächst wird die Hartkomponente (blau) gespritzt, danach wird die eine Werkzeughälfte um 180º gedreht, und die Weichkomponente wird aufgebracht.

Standzeiten der Werkzeuge. Wir verwenden nun Vollhartmetall-Schaftfräser, wo wir früher mit Messerköpfen gearbeitet haben. Dabei musste man während der Bearbeitung die Schneidplatten regelmäßig drehen oder wechseln. Selbst preiswerte Schaftfräser erzielen dank VoluMill um ein Vielfaches verlängerte Standzeiten, und ein Wechsel während der Bearbeitung ist nicht erforderlich. Bei den von uns verwendeten hochwertigen Vollhartmetall-Schaftfräsern ist das Kosten-Standzeit-Verhältnis sogar noch günstiger. Aus meiner Erfahrung heraus schätze ich, dass ein doppelt so teurer Schaftfräser die dreifache Standzeit liefert. Und noch ein angenehmer Nebeneffekt von VoluMill: Die Bearbeitung ist wesentlich leiser.

Im Verlauf der Zeit wurden die Teile, die bei dem Formenbauer mit VoluMill bearbeitet wurden, immer kleiner. Denn selbst bei geringeren Zerspanungsvolumen kommen die Vorzüge zum Tragen. So auch bei einem exemplarischen Formeinsatz. Für solche Einsätze verwendet Midena in der Regel 1.2767 oder 1.2343 Werkzeugstahl. Zunächst wurde die Rückseite im ungehärteten Zustand komplett bearbeitet, dann wird gehärtet (HRC 52-54). Danach folgen die Schruppbearbeitung mit VoluMill, Schlichten, Senk-erodieren und schließlich das Ausschneiden des Formeinsatzes per Drahterosion. Beim Schruppen wurde mit einem 8-mm-Hartmetall-Schaftfräser die Bearbeitungshöhe, von 15 mm in nur einer Tiefenzustellung und mit 0,6 mm Seitenzustellung, zerspant. Die Bearbeitungszeit konnte so, gegenüber den herkömmlichen Strategien, um über 50 Prozent reduziert werden.

Anspruchsvolle Programmieraufgaben, wie die 5-Achsen Simultan-programmierung für die DMU85 Monoblock erledigt der Leiter der Arbeitsvorbereitung Artjom Siemens immer noch sehr gerne selbst. Direkt an der Maschinensteuerung wird aber nicht mehr programmiert.

Ausgeklügelte Strategie

„Wenn Sie mich fragen, warum ich dabei nicht mit einem größeren Schaftfräser gearbeitet habe, gibt es dafür zwei Gründe. Zunächst einmal erhöht sich die Spindellast drastisch, somit kann ich das Teil nicht mehr auf all unseren Maschinen fertigen. Zum anderen muss man beim Hochgeschwindigkeitsschruppen auch immer ganz besonders auf den Späneabtransport aus den Innentaschen achten. Bei größeren Werkzeugen und kleinen Seitenzustellungen kann das problematisch sein. Ich arbeite eigentlich gerne mit einer höheren Seitenzustellung. Durch einen schwereren Span vermeide ich, dass sich ein Späneknäuel bildet“, rät der Frässpezialist.

Für den Start mit VoluMill empfiehlt 3D Systems eine Seitenzustellung von 0,15 x D bei einer Tiefenzustellung von 2 x D und einer Verdreifachung der Schnittgeschwindigkeit. Abhängig vom zu bearbeitenden Material, dessen Härte, der Teilegeometrie, der Maschine und der Werkzeuge lassen sich diese Werte aber tunen, um ein höheres Zeitspanvolumen zu erzielen. Siemens berichtet von einem weiteren Anwendungsfall: „Heute haben wir alle Prozessparameter für unsere Gegebenheiten weitestgehend im Griff. So konnten wir in einem Fall beim Bearbeiten eines 1.2085 Werkzeugstahls ein Zeitspanvolumen von 400 cm3/min erzielen. Dazu frästen wir mit einem vierschneidigen 12-mm-Hartmetall-Schaftfräser, einer Schnittgeschwindigkeit von 330 m/min, einer Tiefenzustellung von 19 mm und einer Seitenzustellung von 3 mm! Der Vorschub pro Zahn lag bei 0,2 mm/U.“

In seinem Schlusswort findet Siemens nur gute Worte: „Mit dem CimatronE-Service bin ich sehr zufrieden. Die Softwarelösungen sind perfekt auf uns zugeschnitten. Die Bedienbarkeit ist vorbildlich, die

Diese Formplatte wurde in nur einer Tiefenzustellung fertig geschruppt. Klar zu erkennen: die eng zusammenliegenden Werkzeugwege und die trochoidale Bewegung des Werkzeugs zwischen den beiden Artikelkonturen.

Funktionalität der Elektrodenlösung ist einzigartig und mit der NC-Lösung lassen sich all unsere Anforderungen, vom Bohren bis hin zum 5-Achsen Simultanfräsen, erledigen. Zum VoluMill kann ich nur sagen, dass es sich für jeden, der ähnliche Anforderungen hat wie wir, nach wenigen Schruppbearbeitungen rechnet. Ich bin 100prozentig zufrieden.“