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Jun 02, 2023

Formenbauer rüsten sich mit fortschrittlicher Technologie

Komplexe Formen mit Kernen und Hohlräumen mit feinen Details und anspruchsvollen Anforderungen

Komplexe Formen mit Kernen und Hohlräumen mit feinen Details und anspruchsvollen Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit für Spritzguss-, Blasform-, Glasform- oder Blasformteile erfordern eine hohe Genauigkeit für den Einsatz in Automobil-, Medizin-, Luft- und Raumfahrt- oder Konsumgüterprodukten. Um präzise Formen effizient herzustellen, werden Formenbauer durch neue Entwicklungen bei Maschinen, Schneidwerkzeugen, CAM-Programmierung und Scannen unterstützt, um wertvolle Stunden und sogar Tage im Prozess einzusparen.

Der folgende Artikel konzentriert sich auf neue Technologien, die den Formenbau heute rationalisieren.

Für ein Geschäft wie Moulexpert Inc., Saint-Romuald, Quebec, Kanada, ist der Druck, die Kundennachfrage nach schnelleren Bearbeitungszeiten zu erfüllen, eine besondere Herausforderung. Das Unternehmen ist auf dünnwandige Spritzgussformen mit mehreren Kavitäten für die Lebensmittelverpackungsindustrie spezialisiert. Um zu expandieren, suchte die Werkstatt nach präzisen, wiederholbaren und vielseitigen Werkzeugmaschinen.

Laut Steve Nadeau, CEO des Unternehmens, ist es schwieriger, Kunststoff in dünne Formhohlräume einzuspritzen, da die Fließkanäle nur 0,015 Zoll (0,38 mm) breit sind. Beim Einspritzen von Kunststoff erzeugen die dünnen Fließkanäle einen enormen Druck im Inneren des Werkzeugs. Selbst bei einem guten Beim Formendesign wirkt sich jede ungleichmäßige Wandstärke auf die Form aus. Eine Werkzeugmaschine muss Formkomponenten mit Toleranzen im Bereich von 5 µm herstellen, sagte Nadeau.

Da sich das Unternehmen für weiteres Wachstum positionierte, entschied sich Moulexpert für die schnelle, fünfachsige Mikron MILL P 800 U ST von GF Machining Solutions LLC, Lincolnshire, Illinois. Die Mikron MILL P 800 U ST wurde für die Erzielung hoher Abtragsraten und Präzision bei runden und anderen anspruchsvollen Formhohlraumkomponenten entwickelt und bietet mit einer Teiletischkapazität von 800 kg die von Moulexpert benötigten Funktionen auf kleinstem Raum.

Die Mikron MILL P 800 U ST fräst und dreht mit einer Spindel mit 20.000 U/min und einem hydraulischen System, das sie zum Drehen arretiert. Die neue Maschine ermöglichte es der Werkstatt, die Durchlaufzeiten zu verkürzen und die Produktivität zu steigern, insbesondere bei dünnwandigen Formen für runde Behälter.

„Das kompakte Design der Maschine und ihre Drehfunktion zum Umlaufen von Behältern waren wichtig“, sagte Nadeau. „Außerdem gefielen uns die vielseitigen Spindeln der Maschine, mit denen wir Löcher in Formhohlräume bohren und gewindeschneiden und diese dann mit einer Toleranz von 5 µm grob und fertig bearbeiten können. Wenn wir eine Drehmaschine gekauft hätten, hätten wir keine Möglichkeiten für fünf Achsen.“ , und wir hätten zwei Maschinen kaufen müssen.“

Darüber hinaus schützt das patentierte Machine and Spindle Protection (MSP) System die Spindel der Maschine im Falle eines Absturzes. Die Maschine verfügt außerdem über ein automatisiertes Palettenhandling, ohne den Zugang zum Arbeitsbereich einzuschränken.

Für eine optimale Teileproduktion trägt die Funktion „Intelligent Spindle Monitoring“ (ISM) der Maschine dazu bei, Werkzeugkosten zu sparen, indem sie die Lebensdauer der Maschine verlängert, die Teilequalität erhöht und die Bearbeitungszykluszeiten verkürzt. Zur Prozessoptimierung zeigt ISM die Frässchwingungen in X-, Y- und Z-Richtung an.

Wenn es um Werkzeugmaschinen für den Formenbau geht, gibt es keine Einheitslösung. „Formenbauer sollten nicht dazu gezwungen werden, Bearbeitungslösungen in einer Kiste zu kaufen“, sagte Tom Dolan, Vizepräsident von Mitsui Seiki USA Inc., Franklin Lakes, NJ. „Unser Ansatz besteht darin, den Kunden eine Auswahl an Spindeltechnologie, Maschinenkonfiguration und Achse zu bieten.“ fährt“, sagte er.

„[Formenbauer] haben eine Chance, etwas vollkommen Gutes herzustellen. Die Anzahl der Kavitäten [in Produktionsformen] beginnt sich zu vervielfachen, einige liegen bei über 36, 72 und 144. Je größer die Anzahl der Kavitäten, desto reproduzierbarer sind die Herstellungsprozesse „Das muss so sein, weil alle Hohlräume identisch sein müssen“, sagte Dolan.

„Die Endverbraucher dieser Formen, also die Kunden unserer Kunden, wünschen sich eine schnellere Durchlaufzeit für die Reparatur oder den Austausch dieser Hohlräume, da diese in der Produktion verschleißen. Aus diesem Grund benötigen Formenbauer Maschinen, die in der Lage sind, präzise Formkomponenten als Ersatzteile zu liefern.“ die Straße runter."

Mitsui Seiki hat sein Sortiment an Koordinatenfräsmaschinen erweitert. „Wir betrachten das Werkzeug als System und gehen insbesondere auf die großen und mittelgroßen Formaufbauten, Heißkanalplatten und größeren Komponenten ein“, sagte Dolan. „Die Unterschiede zwischen einer Koordinatenbohrmaschine und einer Koordinatenfräse sind erheblich. Die Koordinatenfräse ermöglicht es Formenbauern, mehr aus einer einzigen Werkzeugmaschine und einem einzigen Werkstückhaltesystem herauszuholen und Präzisionsbohrarbeiten einzurichten und durchzuführen, mit präziser Positionierung und Geometrie, um runde Werkstücke herzustellen.“ , gerade Bohrungen an präzisen Stellen. Darüber hinaus können Formenbauer mit der Koordinatenfräse allgemeine Fräs-, Gewindeschneid-, Bohr- und andere Vorgänge an derselben Komponente durchführen, ohne Maschinen oder Einstellungen zu ändern.

Zu den Koordinatenfräsmodellen von Mitsui Seiki gehört die J1220 mit 1.200 × 2.000 mm Hüben in der Y- und X-Achse. Längere Bauteile können mit der J1230 mit 1.200 × 3.000 mm bearbeitet werden, und eine größere Maschine, die J1625 mit 1.600 × 2.500 mm Hub, kann viel größere Platten und Werkstücke mit einem Gewicht von bis zu 15.000–16.000 lb (6.804–7.257 kg) aufnehmen.

Die neue Koordinatenfräsmaschine PJ812 mit 800 × 1.200 mm Hub wurde kürzlich von Mitsui Seiki für das mittelgroße Formensegment vorgestellt. Kleinere Sockel und Heißkanalplatten können jetzt wirtschaftlich auf derselben Grundmaschinenplattform hergestellt werden, die auch für die Hochgeschwindigkeitsprofilbearbeitung geeignet wäre. Laut Dolan erfolgt die Herstellung solcher Komponenten für den Kunststoffspritzguss, Druckguss, Glasguss oder Silikonguss zunehmend in Nordamerika. Mitsui Seiki Koordinatenfräsen verfügen über Spindelgeschwindigkeiten im Bereich von 10.000 bis 25.000 U/min oder 30.000 U/min mit Spindelkegeln HSK 100/50 oder HSK 63/40.

„Die fortschrittliche Spindeltechnologie ermöglicht die Verwendung größerer Schaftfräser und Planfräser, die mit der Seite des Werkzeugs arbeiten, anstatt das Werkzeug nur axial zu bearbeiten, wie es bei herkömmlichen Koordinatenbohrern üblich ist. Koordinatenfräser verfügen außerdem über eine Vielzahl von Hochleistungsfräsern. Kapazitäts-Werkzeugwechsler und deutlich mehr Prozessautomatisierung in der Maschine, um die Produktivität der Formenbauer noch weiter zu steigern“, sagte Dolan.

Iscar Metals Inc., Arlington, Texas, erweitert weiterhin sein Sortiment an Schneidwerkzeugen, die für den Formenbau geeignet sind. LOGIQ4FEED, eine Familie von Schnellvorschub-Fräswerkzeugen mit kleinem Durchmesser, verfügt beispielsweise über schmale, knochenförmige, doppelseitige Wendeschneidplatten mit vier Schneidkanten. Die Familie ist für Schruppbearbeitungen konzipiert, insbesondere bei der Bearbeitung tiefer Hohlräume, wie sie typischerweise im Formenbau vorkommen.

Der knochenförmige Einsatz verfügt über vier indexierbare Schneidkanten. Jede Kante besteht aus zwei Kantenabschnitten: einer Hauptschneide und einer Nebenschneide, was die Schnittwirkung beim Ramp-Down-Fräsen verbessert. Der Schneidkantenwinkel von 17° mit progressiver Schneidgeometrie reduziert die Schnittkräfte und ermöglicht ein gleichmäßiges Schneiden.

Die Fräserdurchmesser reichen von 0,500 Zoll bis 2,00 Zoll (12,7–50,8 mm). Dank des integrierten seitlichen Freiraums an der Wendeschneidplatte können alle vier Kanten verwendet werden, ohne dass eine Einbuße der Werkzeugstandzeit befürchtet werden muss, wenn in der Nähe von geraden Wänden, bei starker Taschenbildung oder spiralförmig interpolierenden Löchern gearbeitet wird. Mit seinem maximalen Ap-Wert von 0,031 Zoll (0,79 mm) mit optimalem Eckenradius und geraden Wandeigenschaften ermöglicht die Wendeschneidplatte den teilweisen Wegfall von Vorschlichtarbeiten. Sie ist mit vier Schneidkantengeometrien und sechs Sorten erhältlich und bietet maximale Anwendungsvielfalt.

Das schmale Wendeplattendesign von LOGIQ4FEED ermöglicht eine höhere Zahndichte, während ein größerer Kerndurchmesser am Fräserkörper für zusätzliche Festigkeit und Steifigkeit sorgt. Die Fräserkörper verfügen alle über eine durchgehende Kühlmittelzufuhr mit punktgenauen Löchern, die direkt auf die Schneidkante gerichtet sind, und verfügen über eine polierte Beschichtung für Verschleißfestigkeit und hervorragenden Spanfluss. Iscar erweitert außerdem den Anwendungsbereich seiner Vollhartmetall-Schaftfräser- und MULTI-MASTER-Linien durch die Aufnahme von Zylinder- und Linsenwerkzeugen für fünfachsige Profilfräsanwendungen.

Diese neuen Profilierungswerkzeuge stellen eine neue Klasse von Schneidwerkzeugen (einen Hybrid) dar, die große, abgeschnittene Radien in der Schneidzone des Werkzeugs umfassen. Dies reduziert die Anzahl der für einen bestimmten Arbeitsgang erforderlichen Schnitte und Durchgänge, wodurch die Bearbeitungszeit verkürzt und bearbeitete Oberflächen erzeugt werden, die glatter sind als beim Einsatz herkömmlicher Kugelkopffräser unter ähnlichen Schnittbedingungen.

Nach Angaben des Unternehmens eignet sich diese neue Werkzeugklasse für die Bearbeitung einer Reihe von Materialien, darunter auch exotische Materialien wie Titan, Inconel und Edelstahl. Beispiele für Produkte sind Komponenten für die Luft- und Raumfahrt und Energieerzeugung (z. B. Blisks, Laufradschaufeln und Turbinenschaufeln), Komponenten für die medizinische Industrie (z. B. Implantate, Prothetik und Orthopädie) sowie Komponenten für den Gesenk- und Formenbau (z. B. Formbasis, Kern- und Hohlraumfräsen). die mit diesen neuen Fünf-Achsen-Profilierungswerkzeugen erstellt werden können.

In Verbindung mit modernen CAM-Systemen, die hybride Schneidwerkzeugprofile (wie Mastercam und hyperMILL) und Fünf-Achsen-Werkzeugmaschinen erkennen können, haben diese neuen Schaftfräser das Potenzial, die Zykluszeit für Halbschlicht- und Schlichtanwendungen um bis zu 50 Prozent zu verkürzen , sagte Iscar.

Die Herstellung eines akzeptablen Spritzguss- oder Blasformteils hängt von der Qualität der Werkzeuge ab, so Frank Stone, nationaler Vertriebsleiter bei Capture 3D Inc., Farmington Hills, Michigan. „Einer der großen Vorteile der Verwendung einer Messtechnikqualität.“ „Der 3D-Scanner ist die Menge an Informationen und Rückmeldungen, die der Formenbauer während des Design- und Herstellungsprozesses erhält“, sagte er. „Zuerst beginnt man mit dem 3D-Scannen der Form und analysiert dann die Daten, um Formkorrekturen vorzunehmen, was als Tuning bezeichnet wird. Ein wichtiges Ziel für Unternehmen besteht darin, die Anzahl der Tuning-Schleifen oder Iterationen zu reduzieren, um die Markteinführungszeit zu verkürzen und gleichzeitig zu reduzieren „Verschwenderische Kosten. Die nächste Phase besteht darin, das Teil mithilfe des Formtests zu testen und sicherzustellen, dass das Werkzeug das Teil korrekt herstellt“, sagte Stone.

Es gibt verschiedene Bezeichnungen für die 3D-Scantechnologie, beispielsweise optische Messmaschine, 3D-Scanner mit weißem oder blauem Licht, 3D-Scanner mit strukturiertem Licht, berührungsloser 3D-Scanner usw. Die ATOS-Serie industrieller 3D-Scanner mit strukturiertem Blaulicht von Capture 3D verwendet Berührungslose optische Technologie mit blauem LED-Licht zur Erfassung von Millionen von Punkten in einem einzigen schnellen Scan. Die ATOS-Serie wird in verschiedenen Branchen eingesetzt und misst unterschiedliche Objektgrößen, Oberflächenbeschaffenheiten und Formkomplexitäten.

„Der Vorteil der berührungslosen optischen Erfassung von Datenpunkten gegenüber der taktilen Erfassung liegt in erster Linie in der Anzahl und Dichte der Punkte sowie in der Zeit, die für den gesamten Messvorgang benötigt wird“, sagte Stone. ATOS erfasst Vollfeldscans eines volumetrischen Bereichs und sammelt dabei Millionen von Punkten pro Scan. Ein einzelner Scan kann bis zu 0,2 Sekunden dauern. Bei der taktilen Messung sind mehr Schritte und Programmierzeit für das Ausprobieren und Korrigieren von Formen erforderlich. Bei der Technologie für strukturiertes Licht besteht kein Grund zur Sorge, ob genügend Daten vorhanden sind, um eine fundierte Entscheidung zu treffen.

Unternehmen nutzen diese Technologie in verschiedenen Prozessen, vom Werkzeugbau über die Simulation des Formflusses und die Erprobung der Form bis hin zur Vermessung des Endteils. „Der Einsatz eines präzisen, industriellen 3D-Scanners auf Messtechnikniveau beschleunigt den Prozess vom Formenentwurf bis zur Herstellung eines guten Teils erheblich“, sagte Stone.

Die Zeit, die zum Scannen eines Werkstücks benötigt wird, hängt von seiner Größe und Komplexität ab. „Eines der schönen Dinge an unserer Scantechnologie ist, dass sie tragbar ist und in die Werkstatt im Werkzeug- und Formenbereich mitgenommen werden kann. Unsere Streifenlichtscanner erfassen innerhalb von Minuten Millionen präziser Datenpunkte von einem Teil“, sagte Stone. „Außerdem ist die Automatisierung dieser Technologie ein Trend zur weiteren Verbesserung von Durchsatz, Wiederholbarkeit und Produktivität.“

Basierend auf den Prinzipien der Triangulation projiziert das ATOS ein Streifenmuster über die Oberfläche des Teils. Da sich die Muster bei jedem Scan schnell verschieben, erfassen zwei Kameras die Verschiebung, um die 3D-Koordinatenmessungen zu berechnen. Die Einrichtung des ATOS ist minimal, da keine speziellen Programmierkenntnisse oder hochpräzisen Vorrichtungen erforderlich sind. ATOS erkennt diskrete Problembereiche durch schnelles Scannen des gesamten Objekts in seiner Punktwolke. Mit herkömmlichen Messmethoden wären diese Bereiche nicht erfasst worden.

Dieser digitale 3D-Plan der Objektgeometrie wird dann mit der CAD-Zeichnung mit einer 3D-Inspektionsfarbkarte verglichen, die ein Farbspektrum anzeigt, das Bereiche innerhalb und außerhalb der Toleranz kennzeichnet. Ein weiterer Vorteil hochwertiger Daten ist die Möglichkeit, „Fingerabdrücke“ zu formen. Beim 3D-Scannen kann ein Benutzer die endgültige Form nach der Überarbeitung tatsächlich scannen, um die Daten für die Reproduktion digital zu archivieren oder sie für zukünftige Projekte zu ändern. Laut Stone wird dies dadurch erreicht, dass die Scandaten durch ein CAM-Programm laufen.

Man könnte davon ausgehen, dass die COVID-19-Pandemie ganze Produktionsbereiche vernichten wird, und das ist auch der Fall. Einige Unternehmen, insbesondere solche mit starker digitaler Präsenz, konnten ihren Kunden jedoch weiterhin erstklassigen Support bieten. DP Technology Corp., Camarillo, Kalifornien, Entwickler der ESPRIT CAM-Software, konnte sein digitales Netzwerk anpassen und seinen Kunden im ganzen Land weiterhin direkten Support bieten, sei es bei der Maschinenprogrammierung, Optimierung oder Simulation.

Laut Don Davies, Vizepräsident, erstellt die ESPRIT CAM-Software einen digitalen Zwilling aller Arten von Werkzeugmaschinen, darunter Doppelspindel- und Doppelrevolvermaschinen, fünfachsige Fräs-Drehmaschinen, additive/subtraktive Hybridmaschinen und Langdrehmaschinen andere, einschließlich Maschinen für den Formenbau. ESPRIT liefert bearbeitungsfreien G-Code mithilfe eines digitalen Zwillings der CNC-Maschine, einschließlich Teileeinrichtung, Werkzeugbaugruppen und Automatisierung.

„Der digitale Zwilling erstellt eine exakte Darstellung der Werkzeugmaschine im Computer. Unsere Lösung besteht darin, dass der Benutzer einen Knopf drückt, um den Code zu erstellen, genau wie wenn er einen Knopf auf einem Computer drückt, um etwas zu drucken. Das spart viel Zeit.“ „Es ist nicht nötig, den Code immer wieder zu bearbeiten und erneut zu bearbeiten, um die Programmierung richtig hinzubekommen“, sagte Davies. „Hersteller von Werkzeugmaschinen entwickeln ständig neue Werkzeugmaschinen. Gute Maschinen haben in der Regel eine Lebensdauer von 20 Jahren und schaffen so ein Zeitfenster, in dem wir sie bei Änderungen der Steuerungen und Nachbearbeitungsanforderungen unterstützen.“

DP Technology hat temporäre Lizenzen bereitgestellt, um seinen Kunden das Arbeiten zu Hause und außerhalb ihrer Einrichtungen zu ermöglichen. „Unser digitales Support-Netzwerk hat es uns ziemlich einfach gemacht, auf Online-Schulung und -Beratung umzusteigen“, sagte Davies. „Es ist nicht schwer, sich Schulungen vorzustellen, die für mehrere Personen in einem Unternehmen oder für mehrere Unternehmen in derselben Zeitzone angeboten werden. Wir gehen nicht davon aus, dass persönliche Treffen in Zukunft ersetzt werden, wohl aber vorerst für Reisen und Veranstaltungen wie.“ IMTS und Smart Manufacturing werden wir sicherlich vermissen, da sie ein wichtiger Teil unserer gesamten Geschäftsdynamik sind.“

Davies glaubt, dass die Zukunft von CAM sowohl digital als auch virtuell dominieren wird – und CAM „eins“ mit der Werkzeugmaschine werden wird.

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