Trends & Innovationen

Optimales Prozessfenster

11.11.2009

Tagung: Mit bewährten Technologie neue Märkte erschließen – die Karlsruher Technologie Tage präsentierten interessante Techniken, die auf den Werkzeugbau zukommen. werkzeug&formenbau-Autor Manfred Lerch mit dem zweiten Teil seines Berichts über die Highlights der Tagung.

Tagung_1Um die ganzheitliche Gestaltung optimierter Prozessketten in der Hartbearbeitung ging es bei Kristian Arntz vom ITP Aachen. Vor dem Hintergrund, dass nach wie vor die Termintreue bei Werkzeugen als Kundenforderung an erster Stelle steht, geht es natürlich vorrangig um minimale Durchlaufzeiten. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich optimale Ergebnisse nur in einem kleinen Prozessfenster realisieren lassen. Kleinste Prozessabweichungen führen zu deutlichen Einbußen in der Wirtschaftlichkeit, und an komplexen Bauteilen lässt Produktivität nur mit einer simultan fünfachsigen Bewegung verwirklichen.

Simultanes 5-Achs-Fräsen gewinnt an Bedeutung
So ist abzusehen, dass die simultane fünfachsige Hartfräsbearbeitung im Werkzeugbau auch in der Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen wird. Zumal die Werkstoffe mehr und mehr in Richtung maßgeschneidert, hart und zäh tendieren. Beim Einsatz von Matrizen beispielsweise spricht man heute von Belastungsamplituden bis zu 3000MPa. Hier bietet die fünfachsige Hartfräsbearbeitung konstante Prozessbedingungen und den Einsatz konturangepasster Werkzeuge zur Maximierung der Seitenanstellung.

Beachtet man beispielsweise beim Schruppfräsen weiter die Ausnutzung der gesamten zur Verfügung stehenden Schneidenlänge im Umfangsschnitt, die „Morphing“-Strategie zur gleichmäßigen Verteilung der Bahnen zwischen runder Startlochbohrung und viereckiger Tasche sowie die gleichzeitige simultane Anpassung des Neigungswinkels zwischen 0° bis 5°, erreicht man eine optimale Belastung des Fräswerkzeuges, verhindert Stufenbildung nach dem Fräsen und kann das Vorschlichten nahezu vollständig substituieren.

Für die Schlichtbearbeitung dagegen gilt: Nur mit dem Einsatz von Kugelkopfwerkzeugen lassen sich nahezu beliebige Geometrien bearbeiten. Aufgrund der ständig wechselnden Bearbeitungsaufgaben und der oft sehr komplexen Geometrien ist gerade das für den Werkzeugbau von essentieller Bedeutung. Alles in allem sind es also die konstanten Prozessbedingungen, die neben der netzbasierten Programmierung die Basis für eine erfolgreiche Hartbearbeitung bilden.

Auch generative Verfahren wurden auf der Tagung beleuchtet. Das Lasercusing gilt Tagung_2noch als relativ junge Technologie. Meist wird das Verfahren mit der Herstellung seriennaher Bauteile in Verbindung gebracht. Allerdings: Je komplexer deren Geometrien, desto wirtschaftlicher gestaltet sich die Herstellung mit dem Laser. Deshalb sieht Günther Hofmann, Inhaber der Hofmann Innovation Group, das Lasercusing als ein hervorragendes Werkzeug zur Herstellung von Kühlkanälen.

Ziel ist eine konturnahe Temperierung, um die Zykluszeiten (die Kühlzeit beträgt im Schnitt rund 70 Prozent der gesamten Zykluszeit) zu vermindern und damit die Stückkosten zu reduzieren. Die Möglichkeit, Kühlkanäle mittels Lasercusing in komplexe Bauformen einzubringen, führt zudem zu einer deutlichen Reduzierung des Verzugs, einer Erhöhung der Maßhaltigkeit und einem variothermen Spritzgießvorgang.

Keine Totwassergebiete
Konkret bedeutet das: Bei einer Parallelkühlung sind kurze dünne Kanäle und hohe Fließgeschwindigkeiten möglich. Bei Stegbreiten von 4,5 mm verringern sich damit die Druckverluste, und es entstehen keine „Totwassergebiete“. Bei Flächenkühlungen dagegen kommt es zu einer sehr dynamischen und gleichmäßigen Temperierung bei 2 bis 3 mm an der Formkontur.

Trotz der Vorteile des Verfahrens sieht Günther Hofmann es aber weiter als ein ergänzendes Fertigungsverfahren: „Werkzeug oder Einsätze lassen sich mittels Lasercusing nicht wesentlich günstiger oder schneller herstellen. Es geht ausschließlich darum, dass dieses Verfahren speziell bei komplexen Bauformen Geometrien ermöglicht, die mit herkömmlichen Verfahren nicht realisierbar sind.“ Dennoch glaubt er, dass sich die Bauraten mit neuen Laserstrahlquellen weiter erhöhen werden sowie die Oberflächenqualität verbessern und beispielsweise per Laserstrahl-Polieren die Nacharbeit reduzieren wird. Außerdem werden kontinuierlich neue Materialien für diesen Prozess entwickelt und die Bauteildichte stetig optimiert.


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