As the Die & Mould sector often involves one-offs and small series, standard tools are preferred here. In view of the almost infinite variety of geometry and design, users shy away from stocking a large and accordingly cost-intensive range of tool types. CAM programming is thus tasked with processing pending machining jobs using the stock of tools on hand. Compromises are often made at the expense of machine running times. In a joint project, MAPAL and the milling machine manufacturer Röders GmbH optimised the interplay between machine, tool and CAM strategy on a generic component.
„MAPAL ist führend im Bereich von Hochleistungswerkzeugen mit speziell an die Kundenanforderungen angepassten Eigenschaften“, so Dietmar Maichel, Global Head of Segment Management Die & Mould bei der MAPAL Dr. Kress KG. Deshalb lag lange ein Fokus des Unternehmens auf Sonderwerkzeugen. Doch stieg in den vergangenen Jahren der Anteil an kurzfristig verfügbaren Standardwerkzeugen, wie auch das umfangreiche Produktprogramm für den Werkzeug- und Formenbau zeigt: Von den rund 6.500 Standardwerkzeugen sind etwa 5.000 ab Lager verfügbar. Sie weisen im Formenbau besonders gefragte Eigenschaften auf, wie etwa die Eignung zur Bearbeitung hochharter Werkstoffe bei engen Toleranzen. Letzteres ist wesentlich für die Erzielung einer hohen Genauigkeit bei exzellenter Oberflächengüte.
„Für ein Pilotprojekt zur Erstellung eines Formwerkzeuges suchten wir einen innovativen Maschinenhersteller als Partner“, berichtet Maichel. Karsten Wolff, MAPAL Gebietsverkaufsleiter für Norddeutschland und Dänemark, stellte den Kontakt zu der Röders GmbH aus Soltau her. Bereits erste Gespräche verliefen sehr vielversprechend und mündeten in einer Zusammenarbeit. MAPAL konstruierte in Abstimmung mit Röders ein Probebauteil, das dem Kern für ein großflächiges Spitzgießbauteil nachempfunden war. Die Geometrie wies diverse bearbeitungstechnische Handicaps sowie strenge Vorgaben bezüglich der Oberflächengüte auf und stellte sehr hohe Anforderungen an die Bearbeitung. Als Werkstoff wurde der im Formenbau verbreitete und auf 50±2 HRC durchgehärtete Stahl 1.2343 gewählt. Component Manager Francesco Ingemi von MAPAL erstellte mit dem CAM-Programm Hypermill von OpenMind eine optimale Frässtrategie und definierte dabei die am besten geeigneten Werkzeuge.
Abstimmung von Maschine und Werkzeugen
„Im Bereich Werkzeug- und Formenbau sind die Anforderungen bezüglich Präzision und Oberflächengüte besonders hoch“, erläutert Dr.-Ing. Oliver Gossel, Vertriebsleiter Maschinenbau der Röders GmbH. Zudem werden sie ständig weiter nach oben geschraubt. Deshalb sollen Fräsmaschine und Fräswerkzeuge harmonieren, wie Dr. Gossel ergänzt: „Dabei geht es nicht nur um Schneidstoffeigenschaften, Spindelleistung und Vorschubgeschwindigkeit, sondern beispielsweise auch um Steifigkeit gegen Werkzeugabdrängung, Schwingungsdämpfung oder auch um Nullpunktstabilität bei Bearbeitungen, die stunden- und sogar tagelang durchlaufen.“ Eine wichtige Rolle spielen zudem hochgenaue Messsysteme für die Kontrolle der Achspositionen sowie für die Vermessung der Werkzeuge.
Genutzt für den Pilotversuch im Röders-Technikum wurde eine HSC-Fünfachsmaschine RXP 601 DSH. Dieser Maschinentyp hat sich in zahlreichen Formenbaubetrieben als robustes und zugleich hochpräzises Arbeitspferd bewährt. Das von MAPAL vorgeschlagene NC-Programm wurde gemeinsam mit den HSC-Spezialisten von Röders unter Berücksichtigung der Leistungsdaten, insbesondere der möglichen hohen Dynamik, RXP 601 DSH optimiert. Im Ergebnis entstand eine hinsichtlich Genauigkeit und Oberflächenqualität optimierte Frässtrategie, bei der auch die sekundären Ziele einer möglichst kurzen Bearbeitungszeit sowie eines minimalen Werkzeugsverschleißes nicht außer Acht gelassen wurden.
Spezielle Werkzeuge: Schrupp- und Schlichtfräser für hohen Vorschub
“A total of 16 different tools were used for machining”, Maichel recalls. Some are particularly noteworthy due to their unusual properties. A high-feed milling cutter OptiMill-3D-HF-Hardened was first used to remove large amounts of material. This six-edged milling cutter with a diameter of 16 mm roughed at a cutting speed of 170 m/min and a feed per tooth of 0.5 mm. It achieved a feed rate of over 10 m/min. Especially developed for roughing hardened parts with a hardness from 56 HRC, the OptiMill-3D-HF-Hardened is very forgiving when cuts are interrupted. The milling cutter also achieves high-quality surface finishes in finishing processes thanks to its innovative face geometry.
Ein fünfschneidiger Eckradiusfräser OptiMill-3D-CR-Hardened mit Durchmesser 10 mm kam für die Finishbearbeitung des oberen Bereiches – Planfläche, Kontur und Radiusübergang – zum Einsatz. Dieser sehr stabil ausgelegte Fräser mit hoher Radiusgenauigkeit eignet sich zur Finishbearbeitung von Werkstoffen bis 66 HRC. Bei hohen Vorschubwerten erzeugt er erstklassige bis hin zu hochglänzenden Oberflächen.
Spezielle Werkzeuge: Kreisradiusfräser und Finishfräser mit Wiper-Geometrie
„Innovativ sind die Einsatzmöglichkeiten des Kreisradiusfräsers OptiMill-3D-CS“, verrät Francesco Ingemi. Dank seiner speziellen Geometrie bearbeitet dieser Fräser, der wahlweise in Tropfen- oder Kegelform verfügbar ist, Werkstückflanken mit hoher Zustellung fertig und reduziert die Bearbeitungszeit. Im Vergleich zu üblichen Kugelfräsern lassen sich bei gleichem Zeilensprung und gleicher Bearbeitungszeit hochwertigere Oberflächengüten erzielen. Noch besser ausspielen kann der Fräser die Vorteile seiner Geometrie bei größeren Zeilensprüngen: Hier lassen sich die Prozesszeiten bei gleicher oder besserer Oberfläche um bis zu 80 Prozent verringern. Die hohe erzielbare Oberflächenqualität ermöglicht zudem eine merkliche Verringerung des Polieraufwands.
Der radiale Wendeschneidplattenfräser NeoMill-3D-Finish ist universell für Schlichtbearbeitungen gehärteter Werkstoffe und Anwendungen einsetzbar. Die besonders verschleißfesten und exakt gefertigten Wendeschneidplatten mit axialer und radialer Wiper-Geometrie ermöglichen höhere Werte für Schnitttiefe sowie Vorschub pro Zahn und damit eine höhere Produktivität. Eine Vollhartmetallverlängerung macht zudem vibrationsarmes Schlichten auch in großen Tiefen möglich.
Beide Werkzeuge benötigen für einen idealen Betrieb hohe Vorschübe, nicht nur auf geraden Wegstrecken, sondern auch in stark gekrümmten Bahnen. Aufgrund ihrer hohen Dynamik (d. h. hohe Werte für die gefahrenen Beschleunigungen) bietet gerade dies die Röders-Maschine. „Auch nach der Bearbeitung von Innenecken, bei der die Geschwindigkeit ja auf Null reduziert werden muss, werden nach kürzester Zeit wieder ideale Schnittwerte erreicht“, erläutert Dr. Gossel. Anwender erreichen daher sowohl sehr hohe Werkzeugstandzeiten also auch hervorragende Fräsergebnisse. „Ein sehr schönes Beispiel für die gewünschte Synergie zwischen Maschine und Werkzeugen“, unterstreicht Kasten Wolff.
“This project was a good chance for both partners to get to know each other, both on a technical as well as a personal level”, Dr Gossel concludes. It showed that the entrepreneurial philosophies of both companies harmonise. Röders’ objective is that the users can work with their machines as efficiently as possible. In order to provide optimal support here, Röders uses most CAM systems available on the market. MAPAL doesn’t just sell tools either. On request, they support their customers actively and competently with a well-networked team of technical consultants, market segment specialists, development engineers as well as CAM programmers.
The cooperation between the two companies was convincing, both during the definition of the machining strategy and in practice: The machining of the generic component took eight hours and twelve minutes at a continuous surface roughness of Ra 0.09–0.12 µm. “A variety of tools was used for the project’s finishing steps”, Dr Gossel highlights. “In practice, this is often refrained from as problems could occur due to ‘shoulders’ on the workpiece because of inadequate tool accuracy and machine rigidity or accuracy, for example due to thermal drifts.” To avoid this, users willingly accept longer machining time. There were no risks of this kind in this project due to the quality of machine, tools and CAM programming. The selected strategy, which was ideal for the corresponding surface segments, resulted in short machining time.
Meanwhile, various joint projects are running to develop solutions for tasks from Röders’ customers. A joint customer workshop is also planned for this purpose.
