Dank moderner HSC-Frästechnik lassen sich Druckgussformen durch Fräsen schneller und effizienter herstellen als durch Erodieren. Ein mittelständischer Formenbauer berichtet über seine entsprechenden Erfahrungen.
Druckgussformen sind Hochleistungserzeugnisse aus gehärtetem Werkzeugstahl. Die formgebenden Konturen werden entweder durch Senkerodieren oder durch Fräsen hergestellt. Bei den verwendeten Warmarbeitsstählen konnten aufgrund ihrer hohen Härte die früheren Frästechnologien nur in eingeschränktem Umfang angewendet werden, weshalb das Erodieren wesentliche Anteile an der Gesamtwertschöpfung hat, zumal häufig feine und zugleich tiefe Konturbereiche - wie zum Bespiel Rippen - gefertigt werden müssen. Daraus ergaben sich jedoch Nachteile bezüglich Produktivität und Oberflächengüte, aber auch hinsichtlich der erforderlichen Nacharbeit (wie zum Beispiel Polieren). Hier bieten moderne Bearbeitungszentren für das HSC-Fräsen deutliche wirtschaftliche Vorteile.
„Unsere Kunden sind vor allem Druckgießereien, die Aluminium-, Magnesium- oder Zinkdruckgussteile für die Automobilindustrie und deren Zulieferer sowie andere Hightech-Branchen herstellen“, sagt Jürgen Jung, Inhaber und Geschäftsführer der Formenbau Jürgen Jung in Gransdorf. Darüber hinaus werden auch Spritzgießwerkzeuge angefertigt. Nach langjähriger Tätigkeit im Formenbau der Druckgießerei, wo er bereits seine Ausbildung absolviert hatte, machte Jürgen Jung sich 1991 im Nebenerwerb und ab 1997 im Vollerwerb selbständig. Mittlerweile beliefert er Druckgießereien in ganz Deutschland und in der Schweiz. Der Kundenstamm umfasst etwa achtzig Prozent Lohngießereien und zwanzig Prozent Eigenbedarfsgießereien.
Nutzen Sie Entwicklungs-Know-how
„Da ich meine ersten Erfahrungen noch zu Zeiten machte, als die Gießwerkzeuge nach Zeichnungen und nicht nach 3D-CAD-Daten angefertigt wurden und die Maschinenachsen manuell verfahren wurden, habe ich die Entwicklung moderner IT-Technologien besonders aufmerksam verfolgt“, ergänzt Jung. Dank langjähriger Tätigkeit im Formenbau für Druckgusswerkzeuge habe er viele unterschiedliche Erfahrungen bezüglich der Möglichkeiten und Grenzen des Druckgießprozesses sammeln können. Die gesammelten Erfahrungen fließen bei der Konstruktion der Gießwerkzeuge mit in den Designprozess oder als Beratungsanteil ein. Diese Kooperation wirke sich positiv auf die Produktivität des Prozesses, die Haltbarkeit des Werkzeugs und die Eigenschaften des Druckgussteils aus.
Bei der Zusammenarbeit mit den Kunden setzt der Geschäftsführer in der eigenen CAD/CAM-Abteilung auf die CAD-Software „VISI“. Diese Software biete ihm optimale Durchgängigkeit von den Schnittstellen für die Datenübernahme der verschiedensten Kundendatenformate bis zu den Postprozessoren der Werkzeugmaschinen in seiner Fertigung. Zur zusätzlichen Erweiterung der internen Fachkompetenz konnte ein Ingenieur mit langjähriger Gießereierfahrung gewonnen werden. Für die Gieß-Simulationsberechnungen wird ein versierter externer Dienstleister mit eingebunden. Von Vorteil sei auch seine Kooperation mit Forschungseinrichtungen wie den Hochschulen in Aalen und Aachen.
Setzen Sie auf Präzision und Flexibilität
„Bei unseren Formen legen wir größten Wert auf hohe Genauigkeit, da sich dies positiv auf die Gebrauchseigenschaften der Gießwerkzeuge und die Qualität der Gussteile auswirkt“, ergänzt Jan Petri, Werkzeugmechaniker und „rechte Hand“ von Jung. Bei der Bearbeitung konzentriere man sich vor allem auf die harten, konturgebenden Formaktivteile und vergebe unkritischere Arbeitsgänge, wie die Herstellung von Formrahmen, an Zulieferer. Zu den wesentlichen Pluspunkten des Unternehmens gehörten auch hohe Flexibilität und schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten bei Ausfällen oder dringend erforderliche Reparaturen von Kunden-Gießwerkzeugen. Dies gelte für Werkzeugbruch (Teilausbrüche der Konturoberfläche) ebenso wie zum Beispiel für das Aufschweißen und Neubearbeiten von verschlissenen Konturbereichen. Hier kämen die Stärken des direkt vom Inhaber geführten kleineren Mittelstandsbetriebs voll zur Geltung. Der Chef kenne seine Ressourcen und Produktionsplanungen genau und könne zeitnah Entscheidungen über Neu- oder Umplanungen von Maschinenkapazitäten und Personal treffen.
Solche „brandeiligen“ Aufträge nehme man auch für Gießformen an, deren ursprüngliche Hersteller Probleme damit hätten, bei ihren Kapazitäten entsprechend flexibel umzudisponieren. Zudem gebe es, so Jan Petri, im Unternehmen keine Verkettungen der Fertigungsanlagen, wodurch sich Prozessketten ohne größere Probleme auftrennen und neu zusammenstellen lassen.
Vergleichen Sie HSC-Fräsen und Erodieren
„Im Lauf der letzten Jahre haben wir unsere Arbeitsweise nach und nach vom Erodieren zum HSC-Fräsen umgestellt“, erläutert Jung. Das Erodieren sei ein Verfahren, durch das in der Konturoberfläche schädliche Zugspannungen sowie eine „Weißschicht“ entstehen, die bei ungenügender Poliertiefe zu vorzeitigem Konturverschleiß an der Druckgießform führen können. Diese „Weißschicht“ müsse nach dem Erodieren mit erheblichem Zeit- und Kostenaufwand abgetragen werden. Auch stelle die beim Erodieren erreichbare Genauigkeit ihn nicht immer zufrieden. Deshalb habe man vor vier Jahren zunächst in ein Fünfachs-Fräsbearbeitungszentrum mit Schwenkkopf und Rundtisch von Matek investiert. Damit sei man in die Fünf-Seiten-Bearbeitung von Formen eingestiegen. Die Kostenvorteile stellten sich schnell dar, was sich dann auch für die Kunden lohnte. Mittlerweile werde viel weniger erodiert als noch vor einigen Jahren, weil das HSC-Fräsen schneller und genauer ist. In der Folge stieg der Fräsanteil deutlich an, während das Erodieren signifikant abnahm. Nach drei Jahren habe man bereits über ein zweites System nachgedacht, das allerdings höhere Ansprüche an Genauigkeit und Fahrdynamik erfüllen sollte als die vorhandene Anlage.
Bauen Sie auf die Erfahrung von Fachkollegen
„Einen wichtigen Beitrag zur Entscheidung für das neue Fertigungssystem bildete die Erfahrung von Branchenkollegen“, sagt Petri. Natürlich habe man recherchiert, Prospekte gesichtet und Daten verglichen, doch im Vordergrund standen insbesondere praktische Langzeiterfahrungen von befreundeten Formenbauern. Dabei kristallisierte sich heraus, dass mit Röders-Maschine hervorragende Langzeitgenauigkeiten erreicht werden können und zudem diese Maschinen eine gute Zuverlässigkeit hätten. Auch biete Röders einen schnellen und kompetenten Service.
Weiterer wichtiger Punkt war auch die Möglichkeit, das System sowohl für die HSC-Bearbeitung der gehärteten Konturteile der Formen als auch für das Fräsen von Graphitelektroden einzusetzen, denn trotz sinkenden Anteils bleibe das Erodieren in bestimmten Bereichen wie zum Beispiel bei tiefen, schmalen Rippen nach wie vor unverzichtbar. Bis dato habe man rund neunzig Prozent des Bedarfs an Elektroden zukaufen müssen. Nach Einführung der neuen Röders - ein fünfachsiges HSC-Fräsbearbeitungszentrum RXU 1001 - werden inzwischen so gut wie alle Elektroden im Hause gefertigt.
„Im Prinzip konnten wir mit dieser Anlage schon vom ersten Tag der Inbetriebnahme an produzieren“, erinnert sich Jung. Praktisch von Beginn der Schulung an habe man Bearbeitungen an realen Frästeilen durchgeführt. Dabei erwies sich als Vorteil, dass das genutzte CAM-System auch im Hause Röders zum Einsatz kommt.
Sparen Sie Elektroden
Ein Kunde hatte einen Folgeauftrag zu einem baugleichen Nachfolgewerkzeug einer vor Jahren gebauten älteren Form beauftragt, die man damals noch überwiegend durch Senkerodieren hergestellt hatte. In diesem Fall wurde beschlossen, die Herstellung des neuen Werkzeugs weitgehend von Erodieren auf HSC-Fräsbearbeitung umzustellen. Statt wie früher auswerfseitig acht Elektroden einzusetzen, wurde diesmal nur noch eine benötigt, und auch düsenseitig blieb von damals zwei Elektroden nur noch eine übrig. „Obwohl der Aufwand für diese Neukonzipierung der Fertigungstechnologie erheblich war, hat es sich von der Gesamtkostenkalkulation her gerechnet“, bilanziert Jürgen Jung.
Fazit: Lassen Sie sich durch die Präzision überzeugen
„Die Präzision der neuen HSC-Fräse ist beeindruckend und erleichtert uns die Arbeit erheblich“, verrät Petri. Bearbeitet werden sowohl Formen-Warmarbeitsstähle mit Härten von 44-47 HRC als auch Graphitelektroden. Für die Abreinigung des Graphitstaubs ist die Maschine mit einem leistungsfähigen Staubsaugsystem ausgestattet. Die Bearbeitungswerkzeuge erreichten auch bei der Hartbearbeitung hohe Standzeiten, wohl auch wegen der geringen Vibrationen. Deshalb überzeuge das System aus Bearbeitungswerkzeugen und Röders-Maschine auch hinsichtlich der Oberflächengüte. Man könne mit Fräsern bis herab zu Durchmessern von 0,3 Millimeter arbeiten und damit erforderlichenfalls in den Formen kleinste Eckenradien von lediglich 0,2 Millimeter realisieren.
Auch der Zeitbedarf für das Tuschieren der Formen ist seit Verwendung der neuen Röders-Fräse in den meisten Fällen erheblich reduziert worden. Die Qualität der Formen sei inzwischen so gut, dass die gelieferten Druckgießwerkzeuge im Schnitt mit lediglich einem Bemusterungsdurchlauf abgenommen werden. Zudem betreffe mögliche Nachbearbeitung oft eher die Gießtechnik, als die Teilekontur. Mit solchen Ergebnissen mache das Arbeiten sehr viel Spaß.
Klaus Vollrath, Redaktionsbüro Klaus Vollrath