Zimmermann und Moldino erarbeiten verbesserte Prozesse

Für die Produktion der gelben Telefonzellen stellte Zimmermann einst den Rekord bei der Herstellung des größten Spritzgießwerkzeugs der Welt auf. Wenig überraschend, denn der 1886 als Gießerei- und Modellbaubetrieb gegründete Werkzeugbauer zählt mit seinen 95 Mitarbeitern zu den erfahrensten Spezialisten von technisch anspruchsvollen Spritzgießwerkzeugen. Und diese sind meist größerer Bauart und bis zu 50 Tonnen schwer – und auch schon mal darüber hinaus. Dazu zählen Spritz-, Hinterspritz- oder 2K-Werkzeuge, auch mit Einlegetechnik, die zum Teil sehr unterschiedlich aufgebaut sein können – zum Beispiel als Etagen-, Drehteller oder Umsetzungswerkzeug.

Die Hessen verstehen sich als Full-Service-Anbieter und decken von der Anlieferung vom CAD-Modell des Kunststoffteils bis hin zu dessen Serienstart die gesamte Wertschöpfungskette ab. Neben der Konstruktion (Catia, NX) sowie dem Bau der Werkzeuge kann das auch die Prototypenphase umfassen. Für Abmusterung und Ausprobe stehen im hauseigenen Technikum zwei automatisierte Spritzanlagen mit bis zu 40.000 Kilonewton Schließkraft zur Verfügung, auf der auch Serienteile für Kunden produziert werden.

Komplexe Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Bei Non-Automotive reicht das Produktspektrum vom Gartenstuhl bis zur Abfalltonne. Im Automotivbereich werden dagegen hauptsächlich größere und sehr große Teile wie Instrumententafeln, Stoßfänger oder Spoiler produziert, die an und in Fahrzeugen fast aller bekannten europäischen Automarken zu finden sind. Als Beispiel zeigt Michael Neumann, der Bevollmächtigte von Zimmermann, auf den hinteren Stoßfänger des Audi C7 Allroad, der mit einem von Zimmermann konstruierten und gebauten Werkzeug hergestellt wird.

„Wir haben uns auf die Konstruktion und Fertigung von komplexen Werkzeugen für die Kunststoffverarbeitung spezialisiert. Unsere Expertise liegt bei kinematisch anspruchsvollen Spritzgießwerkzeugen unterschiedlicher Technologien in einer Gewichtsklasse, die sich üblicherweise zwischen drei Tonnen und 50 Tonnen abspielt.”

Die Fräsbearbeitung zählt dabei für Zimmermann ganz klar zu den Schlüsseltechnologien: So soll alles, was möglich ist, bei der Frästechnologie ausgeschöpft werden. Dies ist auch in wirtschaftlicher Hinsicht zu betrachten, denn das Fräsen ist einfach ein riesiger Kostenfaktor. Und Werkzeuge gehören neben dem Bereich CAM - in Gladenbach wird maschinennah an elf Arbeitsplätzen sowie an weiteren drei im Büro der CAM-Abteilung mit WorkNC programmiert - hier zu den wichtigsten Stellschrauben. Schließlich lässt sich mit dem Werkzeug der Prozess wirtschaftlich ebenfalls gut beeinflussen. Auch deswegen wurde Zimmermann auf Moldino aufmerksam, weil der Werkzeughersteller anbietet, vor Ort anhand konkreter Projekte die Fräsprozesse zu optimieren.

So entstand die neue Bearbeitungsstrategie

„Ich wollte gleich bei unserem ersten gemeinsamen Optimierungsprojekt mit Moldino endlich ein Thema angehen, das mir quasi unter den Fingern brannte und bei dem sowohl dem CAM-System als auch dem Werkzeug eine wichtige Rolle zukommt: das Trochoidalfräsen“, blickt Sören Leinweber, der bei Zimmermann die CAM Abteilung verantwortet, zurück. „Wir hatten dies noch nicht gemacht, weil WorkNC hier bisher nur eingeschränkte Möglichkeiten bot und wir auch keine Werkzeuge dafür hatten. Mit der neuen Schrupp- und Schlicht-Strategie Waveform, über die WorkNC seit letztem Jahr verfügt, hat sich das trochoidale Fräsen allerdings stark verbessert.“ Und so wurde diese Strategie denn auch eingesetzt.

Bei dem Werkstück handelte es sich um einen kleinen Schieber (etwa 230 Millimeter x 115 Millimeter x 115 Millimeter) aus dem Kunststoffformenstahl 1.2312 (40CrMnMoS8-6), der in vergütetem Zustand (Zugfestigkeit 950 bis 1.100 N/mm²) auf einer 5-achsigen DMC 75 V linear bisher mit Z-konstant weich geschruppt und geschlichtet wurde. Von der Konstruktion her war es ein Neuteil, dessen Genauigkeiten unterschiedlich waren. Bei der Passung betrug die Genauigkeit plus 5/100 Millimeter.

Kurze Bearbeitungszeit ist Vorgabe

Im Hause Moldino wurde schließlich wegen des Trochoidalfräsens eine Ausarbeitung gemacht, die man anschließend bei Zimmermann vorstellte. Neben der komplexen Geometrie gehörte zu den Vorgaben eine möglichst kurze Bearbeitungszeit. Für das Schruppen wurde deshalb mit dem EPSM ein VHM-Fräser ausgewählt, der sich aufgrund seiner Geometrie sehr gut für das trochodiale Fräsen einsetzen lässt. Und so wusste der EPSM denn auch beim Test am neuen Werkzeug – der ja direkt am realen Werkstück stattfand – zu beeindrucken.

Dank des positiven Schneidwinkels und der scharfen Schneidkante des EPSM erzielte man einen stabilen Prozess mit einem sehr weichen Schnitt und relativ wenig Kräften auf das Werkstück. Letzteres war extrem wichtig, da aufgrund der komplexen Geometrie der Schieber sehr schwierig zu spannen war. Zudem gab es gegenüber dem normalen Wendeplattenfräsen deutlich weniger Schwingungen, was ebenfalls nicht unerheblich war. Denn sonst wäre das Werkstück eventuell aus der Aufspannung rausgehebelt worden.

Zur Realisierung eines schwingungsfreien Prozesses sind die Werkzeugdurchmesser anhand der benötigten Einsatztiefen sowie Maschinenverhältnisse ausgewählt worden. Wichtig hierbei ist, dass die Werkzeugschneiden möglichst viele axiale Kontaktpunkte haben. Durch eine kurze Spankontaktzeit wird die Wärmeentwicklung in den Span abgeleitet und das Werkstück sowie Werkzeug werden dadurch kühl gehalten. Dadurch lassen sich hohe Standzeiten realisieren.

Beim Vorschlichten kamen dann die 4-schneidigen Kugelwerkzeuge der EHHB-Reihe zum Einsatz, die mit sehr hohen Vorschüben, also hohem fz und hohem seitlichem ae mit der Strategie Z-konstant gefahren wurden. „Ohne mit einem zusätzlichen Werkzeug die trochoidal erzeugten Treppen rausnehmen zu müssen, konnten wir direkt nach dem Schruppen mit den EHHB-Kugeln den Vorschlicht-Span fahren, damit wir nachher im Schlichtbereich ein konstantes Aufmaß haben”, erläutert Jens Thor, CAM-Spezialist von Moldino. „Denn dies wirkt sich positiv auf Standzeit und Oberflächengüte der Schlichtbearbeitung aus. Dass dies mit Kugelwerkzeugen überhaupt möglich ist, davon waren alle begeistert.“

Neues Schruppwerkzeug sorgt für Zeitersparnis

Das Feinschlichten – ebenfalls mit Z-konstant – wurde anschließend von den Kugelfräsern der HGOB-Serie übernommen. Durch die hauseigenen Beschichtungen – in diesem Fall eine PN-Beschichtung mit geringem Reibungskoeffizient - konnte eine hohe Oberflächengüte erzielt werden. Ursprünglich hatte man mit 35 Millimeter Durchmesser geschruppt und in den Ecken überall mindestens einen R17 gehabt.

Jetzt schruppt man einen Eckenradius von acht Millimeter, was natürlich einen riesigen Vorteil bei der Nachbearbeitung bedeutet. So ist Zimmermann beim Schruppen deutlich schneller geworden und hat auch bei der Nachbearbeitung viel gewonnen: Im Vergleich zu vorher erzielte man im kompletten Prozess 40 Prozent Zeitersparnis.

Außerdem überzeugte den Werkzeugbauer auch der tatkräftige Einsatz von Moldino: „Die sind wirklich mit Know-how, Mannschaft und Werkzeug hier angetreten, haben sich den Ist-Zustand angesehen, gesagt, was überhaupt geht sowie was man tun kann, und haben die Lösungen dann in den Prozess implementiert“, lobt Michael Neumann aus der Geschäftsführung. „Ohne diese Vorortbetreuung wären wir beim Trochoidalfräsen nicht dort, wo wir heute stehen, und hätten beim Einsatz der Tonnenfräser nicht so schnell dieses tolle Ergebnis erreicht. Darüber hinaus macht sich natürlich auch der erreichte, gewaltige Zeitvorteil äußerst positiv bei den Fertigungskosten bemerkbar."

Quelle: Moldino Engineering Europe GmbH