Mehrkomponenten-Werkzeug aus Ferro Titanit U zur Umspritzung von Blechpaketen mit eingelegten Magnetteilen (Bild: Lefo)
Holger Kieninger, Geschäftsführer Lefo (rechts) und Patrick Bach, Leiter Zerspanung: „Ohne die Unterstützung unseres Werkzeugtool-Lieferanten hätten wir beim Fräsen von Ferro Titanit U oder Böhler M340 nicht dieses hohe Niveau erreicht.“(Bildquelle: Lefo)
Holger Kieninger hat allen Grund, optimistisch zu sein. Die Auftragsbücher sind gut gefüllt, 2015 hätte man die angepeilte Umsatzmarke von fünf Mio. EUR überschritten – das bislang beste Jahr in der Unternehmensgeschichte, wie er hervorhebt. Kieninger leitet als Geschäftsführer das operative Geschäft des Lefo Formenbau Technologie mit Sitz in Stockach am Bodensee. Eine Position, die er sich mit Hauptgesellschafter Dr. Joachim Pieper teilt, der den traditionsreichen, 1972 von Hugo Lehmann und seiner Frau Brigitte gegründeten Werkzeugbaubetrieb nach einer wechselvollen Geschichte aus der insolvent gewordenen Roos und Kübler-Gruppe herausgekauft hatte. Das war vor gut zwei Jahren. Inzwischen ist der Turnaround geschafft und die Richtung lautet Wachstum. „Unsere Stärken liegen vor allem bei der Metallumspritzung sowie bei der Mehrfarben- und Mehrkomponenten-Technik”, sagt Holger Kieninger und nennt als Beispiele das Umspritzen von Stanzgittern, Spulen, Wellen, elektrischen Steckverbindern, Schaltergruppen oder das von Rotoren und Statoren für Elektromotoren. „Gerade Letzteres hat sich zu einem wichtigen Geschäft entwickelt.“ Die Kunden kommen hauptsächlich aus dem Automotive-Bereich, aber auch aus Branchen wie Konsumgüter, Medizintechnik oder der Elektroindustrie. Rund 70 Werkzeuge kleiner und mittlerer Größe – die mit Umsetz- oder Einlegetechnik, Dreh- oder Schiebetechnik oder mit Indexantrieben arbeiten – wurden 2015 hergestellt und auf den hauseigenen Spritzgussmaschinen abgemustert.
Ein auf Endmaß geschlichteter Formeinsatz(Bildquelle: Lefo)
Fullservice bis hin zum Serienstart
Das Know-how von Lefo ist gefragt, vor allem, wenn es um Werkzeuge für komplizierte Teile geht. „Dies erfordert eine Menge Wissen und Erfahrung, weshalb wir etwa 50 Prozent der Werkzeuge bei uns im Haus konstruieren”, erläutert der Firmenchef. „Zusätzlich bieten wir ein umfangreiches Servicepaket an, das von der Hilfestellung bei der Produktentwicklung, über die rheologische Analyse bis hin zum Prototypenbau und Abmusterung alles abdeckt, was der Kunde für einen erfolgreichen Serienstart benötigt.“ Für hohe Qualität gepaart mit kurzen Durchlaufzeiten tragen in Stockach auch eine ausgefeilte ERP-Lösung von Segoni sowie die effiziente CAM-Infrastruktur von VISI, mit insgesamt fünf NC-Programmierplätzen bei. Die Mess- und Fertigungstechnik wurde durch Linear- und Knickarm-Roboter in den beiden Senkerodierzellen Chameleon von Zimmer+Kreim,?Ort?, sowie GF Machining Solutions/AgieCharmilles,?Ort?, verkettet. In die Chameleon-Zelle ist zudem ein 5-achsiges HSC 55 L Bearbeitungszentrum von DMG Mori,?Ort?, eingebunden, auf der neben Elektroden auch Präzisionsteile mit Genauigkeiten bis in den einstelligen µ-Bereich gefräst werden. Als wichtig für den Projekterfolg sieht man bei Lefo auch die enge Zusammenarbeit mit Technologiepartnern an, allen voran in den Disziplinen CAD, CAM, Formwerkstoffe und Präzisionswerkzeuge.
Der nach dem Schruppen fertig geschlichtete Formeinsatz aus Böhler M340. Die Bearbeitungszeit betrug 21 Stunden, davon sieben Stunden zum Schruppen.(Bildquelle: Lefo)
Herausforderung Ferro Titanit U
So auch im Fall des Mehrkomponenten-Werkzeugs zur Umspritzung von Blechpaketen, das als Frästeil aus dem Werkstoff auf der 5-achsigen Fräsmaschine Hermle C40U bearbeitet werden sollte. In das Werkzeug, das zur Produktion von Rotoren und Statoren von Elektromotoren dient, werden außerdem Magnete eingelegt. „Dies erforderte natürlich Formen aus einem Werkstoff, der nicht magnetisch ist. Sonst hätte es ein Problem gegeben”, so Patrick Bach, der als Leiter der Zerspanung bei Lefo von Anfang an in das Projekt mit eingebunden war. „Darum haben wir uns bei diesem Werkzeug für den nichtmagnetisierbaren Werkstoff Ferro Titanit U entschieden.“
Für Qualität gepaart mit kurzen Durchlaufzeiten ist eine effiziente CAM-Infrastruktur mit insgesamt fünf NC-Programmierplätzen sowie einem 3D-CAM-System installiert.(Bildquelle: Lefo)
Bei den ersten Versuchen, dieses mit 48 bis 53 HRC nicht besonders harten, aber dank seines Titankarbid- und Austenit-Gefüges sehr verschleißfesten Materials zu fräsen, kam es allerdings immer wieder zu Werkzeugproblemen, die hauptsächlich auf die extrem schnell verschleißenden Schneiden zurückzuführen waren. Patrick Bach setzte sich deshalb mit MMC Hitachi Tool in Verbindung. Schon seit vielen Jahren vertraut der Werkzeug- und Formenbauer beim Fräsen mit VHM-Werkzeugen (Vollhartmetall) auf die Qualität des japanischen Herstellers, der auch hierzulande über einen engmaschigen Außendienst verfügt. Timo Heimann, der für die Region zuständige Anwendungstechniker von MMC Hitachi Tool, glich die Bearbeitungsempfehlungen des Herstellers von Ferro Titanit U – Deutsche Edelstahlwerke – mit seinen eigenen Erfahrungen und den Kollegen aus der Anwendungstechnik ab und fuhr zusammen mit Patrick Bach einige Fräsversuche. Heraus kam dann ein Ergebnis, das alle überzeugte. „Wir haben schließlich das Werkstück mit nur zwei Torus- und zwei Kugelfräsern komplett geschruppt, dem HGOR mit den Durchmessern 10 und 12 mm sowie den HGOB in den Durchmessern 4 und 6 mm”, erklärt Patrick Bach. Bei den Schlichtwerkzeugen wurden ebenfalls vier Torus- und Kugelfräser mit den selben Durchmessern verwendet, ergänzt durch den PN-beschichteten Torosfräser EPSM-CR, der in den Durchmessern 3, 4 und 6 mm und mit Eckenradien R 0,2 und R 0,5 mm vor allem beim hochpräzisen Fertigschlichten der Innenkonturen zum Einsatz kam.
Mehrkomponenten-Werkzeug aus Ferro Titanit U zur Umspritzung von Blechpaketen mit eingelegten Magnetteilen(Bildquelle: Lefo)
Titankarbide sind Standzeitkiller
Sowohl beim Schruppen als auch beim Schlichten wurde mit 10 mm Tiefen-Zustellung und 2,4 mm Seiten-Zustellung gefräst, bei moderater Schnittgeschwindigkeit von 15 m/min, wie Patrick Bach hervorhebt. „Denn wir machten bei den Versuchen schnell die Erfahrung, dass eine höhere Schnittgeschwindigkeit sich sofort negativ auf die Prozesssicherheit auswirkt.“ Schließlich besitzt Ferro-Titanit U gegenüber Werkzeugstahl mehr als doppelt so viele Karbide. Neben Chromkarbiden sind es vor allem die superharten Titankarbide, die sich gegenüber den Werkzeugschneiden als echte Standzeitkiller erweisen. „Wenn man einmal weiß, wie es geht, ist die prozesssichere Bearbeitung von Ferro-Titanit U problemlos möglich”, unterstreicht Patrick Bach. Voraussetzung sei allerdings die Verwendung von Hochleistungswerkzeugen wie die von MMC Hitachi Tool, wie er betont. Dank exakt abgestimmter Schneidengeometrien, speziellem Feinst-Kornsubstrat, niedrigster Fertigungstoleranzen und in Verbindung mit den MMC Hitachi Tool-eigenen nanokristallinen PVD-Beschichtungen TH45+ und TH60+ (ATH) lassen sich mit diesen VHM-Fräsern sogar bis zu 72 HRC gehärtete Kalt- und Warmarbeits-Stähle ebenso prozesssicher bearbeiten wie pulvermetallurgische Spezialitäten a la Ferro-Titanit.
Als Leiter der spanenden Fertigung weiß Bach aber auch, dass die Auswahl und Qualität der Fräswerkzeuge zwar extrem wichtig, aber nicht der alleine bestimmende Faktor ist. „Entscheidend für das Bearbeitungsergebnis ist das Gesamtsystem.“ Also das optimale Zusammenwirken von Frässtrategie – bei Lefo werden die NC-Programme mit dem CAM-System VISI (Vero Software) vom 3D-CAD-Solid abgeleitet –, Maschinenkinematik, Spindel, Spannmittel und Werkzeug.
Das 5-achsige Fräszenrum, auf der die Formeinsätze aus Ferro Titanit U und Böhler M340 komplett bearbeitet und geschlichtet wurden.(Bildquelle: Lefo)
Gesunkene Fertigungskosten
Auf einen weiteren ebenfalls nicht unbedeutenden Effekt weist Geschäftsführer Kieninger hin: Nämlich die messbar gesunkenen Fertigungskosten. Er begründet dies einmal mit der höheren Standzeit der Werkzeuge. Denn der Nachteil von VHM-Fräsern, dass deren unerreicht hohe Präzision – vor allem bei harten Werkstoffen – oft mit niedriger Standzeit erkauft wird, ist bekannt. Dieses Problem ist laut MMC Hitachi Tool mit der Evolution-Reihe dank neuer Schneidengeometrien, neuem Feinst-Kornsubstrat und ebenfalls neuer ATH-Beschichtung (TH60+) weitgehend beseitigt worden. Patrick Bach kann dies aus der Praxis bestätigen: „Wir haben festgestellt, dass die neuen Fräser deutlich länger halten und das Bearbeitungsergebnis noch besser geworden ist.“ Hinzu kommt, dass die Werkzeuge der Evolution-Serie gegenüber den vergleichbaren Typen, die man bisher von MMC Hitachi Tool bezogen hatte, zum Teil deutlich weniger kosten. „Das kann man alleine daran sehen, dass zwischen 2012 und 2015 bei uns die Kosten für die Fräserwerkzeuge um 25 Prozent gesunken sind”, so Kieninger. „Diese Kostenreduktion ist umso bemerkenswerter, da wir im selben Zeitraum unseren Umsatz um 50 Prozent steigern konnten.“ Die gute Zusammenarbeit mit dem japanischen Werkzeuglieferanten haben dazu beigetragen, dass das Unternehmen technologisches Neuland und damit neue Geschäftsfelder erschließen konnte. Als Beispiel istdie Bearbeitung von Ferro-Titanit U zu nennen. So hat man sich beim Umspritzen von Blechpaketen mit magnetischen Teilen inzwischen eine führende Position erarbeitet.
Mit Werkzeugen aus Ferro Titanit U produzierter Rotor und Stator für einen Elektromotor – fertig zum Einbau.(Bildquelle: Lefo)
Werkstoff im Detail
Optimale Frässtrategien für Formenstahl Böhler M340
Böhler M340, ein äußerst verschleißfester Kunststoff-Formenstahl, stellte sich als schwierig zu bearbeitendes Material heraus. Dieser Spezialstahl verlängert vor allem dort deutlich die Lebensdauer eines Spritzgieß-Werkzeugs, wo man es mit stark abrasiv wirkenden und meist mit Glas- oder Kohlefasern angereicherten Kunststoffen, die zudem häufig sehr hohe Werkzeugtemperaturen benötigen, zu tun hat. Gemeinsam mit MMC Hitachi Tool wurden für diesen Hightech Stahl mit 54 bis 55 HRC ebenfalls optimale Bearbeitungsstrategien entwickelt. Ein Beispiel ist der Formeinsatz für einen Ansaugstutzen in Zweikomponenten-Technik, der zunächst auf der Hermle C800V geschruppt und anschließend auf der Hermle C40U bis auf Endmaß geschlichtet wurde. Beim Schruppen hatte man sich auch beim Böhler M340 wieder für die TH-beschichteten HGOR-Torusfräser sowie HGOB-Kugelfräser entschieden, mit Durchmessern von 4 bis 12 mm. Die anschließenden Arbeiten auf der C40U wurden dann von Schlichtwerkzeugen der Evolution-Reihe übernommen: Dem TH-beschichteten Torusfräser EPP mit 12 mm sowie von vier ATH-beschichteten Kugelfräsern EPDBE in den Durchmessern 1,5 bis 4 mm. „Vom Schruppen über das Schruppschlichten bis hin zum Fertigschlichten, zum Teil 5-achsig mit angestellter Achse, haben wir für den gesamten Formeinsatz insgesamt nur 21 Stunden benötigt, davon sieben Stunden zum Schruppen aus dem Vollen”, sagt Patrick Bach nicht ohne Stolz.
