Spritzguss erfordert hohe Stückzahlen, damit sich das Herstellen eines entsprechenden Formwerkzeugs rechnet. Geringe Stückzahlen oder gar Einzelteile entstehen hingegen aus extrudiertem Ausgangsmaterial, das auf der Werkzeugmaschine gefräst, gebohrt oder gedreht wird.

Kunststoff zu zerspanen, scheint auf den ersten Blick eine eher einfache Aufgabe zu sein, nach dem Motto: Kommt man mit hartem Material wie Stahl zurecht, funktioniert es auch mit weichem. Diese Vorstellung mag bei geringen Ansprüchen und einfachen Teilen stimmen. Doch Kunststoffteile werden komplexer, die Ansprüche an Präzision und Funktionalität höher. Kunststoff löst immer mehr Metall ab, die mechanischen Eigenschaften lassen dies heute zu. Das hat auch damit zu tun, dass Kunststoffe eine ähnliche Art der Vergütung erhalten, wie Stahl. Sie lassen sich in unterschiedlicher Weisemodifizieren und an spezielle Einsatzbedingungen anpassen. Beispielsweise lassen sie sich schmier- oder leitfähig machen, UV-beständig oder mit Glasfasern verstärken. „Wir sprechen in diesem Zusammenhang von technischen Kunststoffen, verwendbar für Zahnräder, Lager, Ventilatorenlaufräder, tragende Bauteile und vieles mehr“, erklärt Winfried Metzner, Fertigungsleiter Zerspanung bei Centroplast Engineering Plastics in Marsberg im Sauerland.

Fertigteil-Produktion nimmt zu

Das Zerspanen von Kunststoffen wird neben anderen Verarbeitungsmöglichkeiten immer wichtiger. Typische Anwendungen finden sich im Flugzeug- und Fahrzeugbau sowie in bestimmten Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus, wo leichte Konstruktionen erwünscht sind. Auch aus der Medizin- oder Lebensmitteltechnik sind Kunststoffe nicht mehr wegzudenken. Sie erfüllen die Hygiene- und Verträglichkeitsanforderungen im Krankenhaus, in der ärztlichen Praxis oderin der Küche.

Ähnlich wie im Metallumfeld liefern die meisten Kunststoffspezialisten entweder Rohmaterial oder Bauteile. Das sauerländische Unternehmen ist eines der wenigen, das beides liefert. Die Halbzeuge, teilweise auf selbst entwickelten Extrusionsmaschinen produziert, sorgen zwar für den Löwenanteil des Umsatzes, doch haben die Fertigteile in den letzten Jahren beachtlich zugelegt. Der Fokus zielt dabei auf individuelle Kundenwünsche – zumeist schwierige Einzelteile, Prototypen oder kleinere Serien.Dabei deckten die Spezialisten die komplette Prozesskette ab, von der Konstruktion bis zur Fertigung. Das schnelle Liefern komplexer Teile ist Firmenphilosophie.

Vom Kunststoff zum komplexen Fertigteil in 42 Minuten

Von der Kombination aus Werkstoff-, Konstruktions- und Fertigungs-Know-how profitieren die Auftraggeber. Das Unternehmen bearbeitet in der Teilefertigung seine eigenen Kunststoffe, die auch sonst dem Markt zur Verfügung stehen. „Die Erfahrungen, die wir auf dem Gebiet der Extrusion oder Zerspanung machen, fließen wieder zurück in die Extrusion oder Zerspanung“, erläutert Metzner. Für die Kunststoffbearbeitung kommen überwiegend Werkzeuge aus der Alu-miniumzerspanung zum Einsatz. Eshandelt sich um Schlichtwerkzeuge, Schruppwerkzeuge bleiben außen vor. Wichtig sind hoch positive Schneidengeometrien, scharfe Schneidkanten und große Spanräume. Die Schnittwerte sind reine Erfahrungssache, Tabellen zum Nachschlagen gibt es entweder nicht oder sie sind zu grob.

Neben zahlreichen anderen Werkzeugmaschinen liefern drei moderne 5-Achsen-Bearbeitungszentren derzeit den Output in der Teilefertigung. Da das CAD-/CAM-System ein zentrales Prozesskettenglied darstellt, entschieden sich die Fertigungsverantwortlichen für das Anschaffen einer neuen Software. Die Wahl fiel auf der CAD-Seite auf Solid Edge von Siemens PLM Software, auf der CAM-Seite auf Virtual Gibbs von Cimatron. Im CAM-Bereich war zuvor noch die manuelle Programmierung vorherrschend. „Eine zeitaufwändige Angelegenheit, welche das Bauteilespektrum sehr einschränkte“, berichtet Mario Franz, Technische Arbeitsvorbereitung bei dem sauerländischen Kunststoffverarbeiter. Das Nutzen der einzelnen CAM-Module folgte nach und nach. Der Kunststoffteile-Fertiger begann mit dem 3-Achsen-Modul, dann folgten die 3D-Funktionalitäten, schließlich kam die 5-Achsen-Bearbeitung hinzu. Die Multitasking-Bearbeitung auf Dreh-Fräszentren mit stehenden und angetriebenen Werkzeugen ist derzeit in Vorbereitung. Für diesen Maschinentyp bietet die Software ein spezielles Modul.
Die Erwartungen, welche die Fertigungsverantwortlichen speziell an die CAM-Seite stellten, wurden inzwischen erfüllt. Das System öffnete dem Unternehmen neue Märkte. Das Herstellen komplexer Teile ist möglich geworden. Beispielsweise wird eine Bedienkonsole für ein Liquodrainagesystem aus der Medizintechnik in zwei Aufspannungen mit 3+2-Achsen bearbeitet, der Werkstoff ist PET. Die Anzahl der benötigten Werkzeuge liegt bei 22: Fräser, Bohrer und Gewindewerkzeuge. Die Gesamtbearbeitungszeit beträgt 42 Minuten. Zwar sind auch Bauteile mit Freiformflächen mittels 5-Achsen-Simultanbearbeitung in Produktion, aber Teile, die mit 3 Achsen oder 3+2 Achsen hergestellt werden, sind das Tagesgeschäft.

Software ermöglicht einfache Veränderungen beim Bearbeiten

Beim Zerspanen zahlt sich die Werkstofferfahrung der Spezialisten aus demSauerland aus. Kunststoff neigt in vielen Fällen zu Überraschungen. Spannungen bewirken, dass das Material sehr stark arbeitet – mehr als Metall oder Holz. „Man muss beim Bearbeiten darauf achten, dass Gegenspannungen aufgebaut werden, und das ist nicht immer einfach“, erklärt Metzner. Auch die Oberflächen erfordern einen fachmännischen Blick.

Wenn Werkzeuggeometrien oder Schnittdaten nicht exakt passen, beginnt das Material schnell zu reißen, oft nur sichtbar in einem entsprechenden Lichtwinkel. Die Schnittaufteilung in Vor- und Fertigbearbeitung ist aus diesen Gründen besonders wichtig. Ein gewisses Aufmaß ist nötig, um dem Material sein allzu reges Eigenleben zu nehmen. Die relative Unberechenbarkeit mancher Kunststoffe machen kurzfristige Änderungen in der Schnittaufteilung oder Bearbeitungsreihenfolge notwendig. Die neue Software löst auch dieses Problem. Bearbeitungsschritte lassen sich per Drag-and-Drop verschieben. Das Vorfräsen lässt sich über eine Aufmaßfunktion leicht programmieren. Früher fehlte die Kontrolle, wenn Aufmaße zu berücksichtigen waren. Die Software schafft hier Abhilfe: Das Rohteil wird transparent dargestellt, das darunter liegende Werkstück lässt sich in jeder Bearbeitungsphase betrachten und beurteilen. Auf diese Weise fällt die Entscheidung leicht, wo mehr oder weniger Aufmaß zugegeben werden muss. Ähnlich einfach ist das Programmieren des Entgratens. Entgratet wird mit einem einschneidigen Stichel, der die Kanten abfährt. Die Entgratwerkzeuge fertigt der Kunststoffteile-Hersteller selber. Beim manuellen Programmieren schleichen sich schnell Fehler ein. Das System hingegen vergisst keine Kante und bricht keine Kante über das vorgesehene Maß hinaus.

Kosteneffizienz
CAX-Lösungen steigern Effizienz

CAD, also computer-aided design, liefert virtuelle Modelle dreidimensionaler Objekte, einschließlich physikalischer Eigenschaften. Die Modelle lassen sich direkt an die Fertigungsmaschine weitergeben und ersetzen somit diverse zeitaufwändige Zwischenschritte, vom Zeichenbrett bis zur manuellen Maschinenprogrammierung. Das CAM, computer-aided manufacturing, kommt an der Schnittstelle zwischen Computer und Maschine zum Einsatz. Es steuert die Anlage mithilfe aller fertigungsrelevanten Informationen und weist die Mitarbeiter vor Ort an. Dabei organisiert es die Rohdaten in Arbeitsschritte und verwaltet Informationen wie die Bereitstellung von Roh- und Hilfsstoffen sowie Roh- und Einzelteilen. Das sorgt für schnelleres Bearbeiten von Aufträgen, erhöht die Komplexität der Teile und verringert den notwendigen Personalaufwand. Im Alltag des Kunststoffverarbeiters, wo es besonders auf Flexibilität ankommt, ist ein einfach zu handhabendes CAD-/CAM-System gefordert. Mit seiner Hilfe beginnen die Vorteile bereits im Vorfeld der Bearbeitung und die Simulationsfunktionen unterstützen bei der Kalkulation. Damit erhält der Anwender auch bei komplexen Teilen schnell einen Überblick und kann zutreffende Aussagen über die Bearbeitungskosten machen.

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Richard Läpple, Freier Journalist