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Automatische Vermessung der Rundachsen während des Fräsens.

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(v.l.n.r.) Geschäftsführer Dr.-Ing Volker Franke, Heinrich Berg, CAM-Programmierung, Frästechnologe Vagner de Souza Leal und Mark Rotzoll, Anwendungstechniker von MMC Hitachi Tool.

„Wir haben uns auf die Konzeption, Entwicklung und Erstellung von anspruchsvollen Spritzgussformen, Stanz-Biegewerkzeugen und Sondermaschinen sowie von Fertigungsprozessen der Mikrotechnologie spezialisiert“, erläutert Geschäftsführer Dr. Volker Franke, der den für Harting sehr wichtigen Werkzeugbau – zusammengefasst in der Firma Harting Applied Technologies – verantwortet. Der Hightech-Betrieb in Espelkamp wurde bereits dreimal (2014, 2016 und 2018) mit dem Preis „Werkzeugbau des Jahres“ ausgezeichnet. Beim Gang durch die helle, weiträumige Fertigungshalle fallen die rund 11 m lange Fertigungszelle von Röders sowie der Linearroboter ins Auge, der hinter den Glasscheiben zwischen den beiden 5-achsigen Röders RXP601DSH, den Palettenlagerplätzen sowie dem Koordinatenmessplatz hin- und herfährt. Tausende Werkstücke werden pro Jahr in dieser Anlage rund um die Uhr automatisch gefräst, vermessen und zwischengelagert.

Auf dem Gebiet der Fräsbearbeitung hatte man sich bei Harting bereits einen ziemlich hohen Stand erarbeitet, doch gerade beim Thema Hartbearbeitung gab es noch deutlich Luft nach oben. Das betraf vor allem den Wunsch nach kürzeren Bearbeitungszeiten, was aber keinesfalls mit niedrigeren Standzeiten erkauft werden sollte. An diesem Punkt war sogar die Wirtschaftlichkeit des gesamten Vorhabens, das Schleifen der Schieber durch Fräsen zu ersetzen, in Frage gestanden. Mit eigenen Versuchen hatten die Westfalen hier keine Verbesserung erzielt. Daher nahmen sie mit Mark Rotzoll von MMC Hitachi Tool Kontakt auf, der Harting bereits seit 2005 als Anwendungstechniker betreut und schon öfters bei der Lösung von Fräsproblemen geholfen sowie im Haus Workshops veranstaltet hatte. Als Prozessoptimierer feilt Mark Rotzoll eng verzahnt mit den Kunden an effizienteren Bearbeitungsstrategien.

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Präziser als Schrumpfen: Heinrich Berg und der EHHR-Fräser, der in einer PGR-Spannzangenaufnahme gespannt ist. (Bildquelle: alle MMC Hitachi Tool)

Nach der bei MMC Hitachi Tool obligatorischen Ist-Analyse fanden zeitnah auf einer der beiden Fräsmaschinen erste allgemeine Tests statt. Diese verliefen gleich so vielversprechend, dass man in Espelkamp die Erkenntnisse mit Hilfe von Mark Rotzoll ins Tagesgeschäft übertragen wollte. Dafür wurde einer der Schieber ausgewählt, die bei Harting in ähnlichen Geometrien, aber unterschiedlichen Abmessungen bei der Hartbearbeitung sozusagen das Volumengeschäft bilden und die in der Vergangenheit geschliffen wurden. Weit mehr als 20 dieser Schieber des identischen Typs kommen in Mehrkavitätenwerkzeugen zum Einsatz. „Damit werden die Kunststoffbügel gespritzt, die als Verriegelung des bekannten, modular aufgebauten Han-Steckers dienen“, erklärt Heinrich Berg, Leiter der CAM-Programmierung. Der Schieber besteht aus warmverschleißfestem Kunststoffformenstahl X38CrMoV5-1 (1.2343). Er wird nach dem Schruppen auf 52 bis 54 HRC vorgehärtet und die Flächen in der Röders-Fertigungszelle von 0,2 mm auf 0,02 mm vorgeschlichtet und anschließend auf Endmaß fertiggeschlichtet. „Die Toleranzvorgabe für diese Flächen beträgt zwischen 0 mm und -0,01 mm im Gesamtmaß“, berichtet Berg.

Ebenso wie bei früheren Projekten dieser Art, bei denen Harting bereits mit MMC Hitachi Tool erfolgreich zusammengearbeitet hatte, stand am Anfang die Machbarkeitsanalyse. Gemeinsam wurden verschiedene Werkzeuge und Schnittwerte ausprobiert, Bearbeitungszeiten, Verschleißverhalten und Oberflächen verglichen und immer wieder geprüft, ob es noch besser geht. Angefangen bei verschiedenen Kugelfräsern und weiteren Fräsertypen sind die beiden Partner schließlich beim EHHR-Fräser angekommen, der in verschiedenen Durchmessern ebenfalls ausprobiert wurde. Bei dem Testwerkstück stellten sich 8 mm Durchmesser schnell als ideal heraus.

Sehr hohe Standzeiten

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Kurze Wechselzeiten: Der Fräser wird mit der Wechselmaschine hydraulisch in die Spannzangen-Aufnahme gepresst und aus ihr auch wieder herausgezogen.

Das Ergebnis übertraf alle bisherigen Resultate bei weitem. Bei dem EHHR – die Abkürzung steht für Epoch High Hard Radius – handelt es sich um einen 6-schneidigen VHM-Fräser von MMC Hitachi Tool, der über die hauseigene ATH-Beschichtung verfügt, ausschließlich für die Hartbearbeitung ausgelegt und leicht polygonförmig gestaltet ist. Der Durchmesser der um 120 Grad versetzten Seitenschneiden ist gegenüber den Stirnschneiden also leicht verjüngt, was laut Datenblatt für ein hohes Zeitspanvolumen bei gleichzeitig hohen Standzeiten sorgt. Zeitspanvolumen? „Der EHHR-Fräser wurde eigentlich zum Schruppen konzipiert, taugt aber auch für andere Anwendungen, wie man hier sieht“, klärt Mark Rotzoll auf. Er war darauf gekommen, weil er bei anderen Kunden festgestellt hatte, dass man mit diesem Werkzeug in Flachbereichen, also mit der stirnseitigen Schneide, sehr gute Oberflächen erzeugen kann. „Wenn die Werte entsprechend stimmen“, fügt er hinzu. „Und nicht zuletzt deshalb, weil mit dem EHHR extrem hohe Standzeiten möglich sind, hatte ich Harting empfohlen, dieses Werkzeug zu testen.“

Kurze Bearbeitungszeiten

„Der EHHR ist stirnseitig eine Art linsenförmiger Radienfräser mit sehr großem Wirkradius. Zusammen mit den sechs Schneiden des Werkzeugs kommen wir zu hohen Vorschüben und erreichen so sehr kurze Bearbeitungszeiten“, erklärt Frästechnologe Vagner de Souza Leal eine weitere Besonderheit. „Wirklich beeindruckt haben mich die hohen Schnittgeschwindigkeiten, die mit dem EHHR möglich sind: Wir fahren bei der Bearbeitung größerer Teile, wofür wir 12-mm-Durchmesser verwenden, beim Vorschlichten bis zu 350 m/min, beim abschließenden Planschlichten kommen wir sogar auf über 500m/min.“ Gefräst wird dabei mit der Parallelstrategie, einer Standardschlichtfunktion von Cimatron − angestellt, also drei plus zwei. Alle wesentlichen Geometrien, das heißt, alle Flächen, die zueinander winkelig sein müssen, fräsen die Westfalen so äußerst genau in einer Aufspannung.

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Dieser Schieber entspricht in etwa dem des Testobjekts und ist Bestandteil eines Mehrkavitätenwerkzeugs. Damit werden Kunststoffbügel gespritzt, die als Verriegelung des bekannten, modular aufgebauten Han-Steckers (rechtes Bild) dienen. Die Toleranzvorgabe für alle Flächen beträgt zwischen 0 mm und -0,01 mm im Gesamtmaß.

Insgesamt nur zwei EHHR-Fräser mit 8 mm Durchmesser – einer zum Vorschlichten, der andere zum Fertigschlichten – hatten schließlich ausgereicht, um einen kompletten Schiebersatz auf Endmaß zu bearbeiten. Und dies extrem schnell und mit Topoberflächen. Selbst nach dem letzten Schieber war das Werkzeug so wenig verschlissen, dass die Formenbauer noch weit innerhalb der Toleranz blieben. Das Messprotokoll, in dem alle vier Messflächen als „i. O.“ gekennzeichnet sind, belegt dies. Man hätte also ruhig mehr Schieber fräsen können, vielleicht sogar 26 Stück und mehr, so schätzt man bei Harting, ehe der EHHR aus der Toleranz gelaufen wäre. Das wurde aber nicht ausprobiert.

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Aktuell wird im Werkzeugbau von Harting der EHHR in den Durchmessern 6, 8 und 12 mm verwendet. „Denn wir haben ja in der Fertigungszelle unterschiedliche Bauteile, zum Teil auch größere Schieber, wobei 12 mm sinnvoll sind. Da es bei den Schiebern keine Kontur gebenden Flächen gibt, lassen sich die erarbeiteten Prozessparameter sehr einfach auf Schieber mit ähnlichen Geometrien übertragen“, berichtet Heinrich Berg. Deshalb werden alle aktuellen Schieber-Typen heute nach diesem gemeinsam mit MMC Hitachi Tool entwickelten Muster automatisiert gefertigt. „Die erprobte Fertigungsstrategie werden wir auch bei den nächsten Projekten anwenden und zum Fertigungsstandard erklären“, ergänzt Berg.

Mittlerweile bezieht Harting Applied Technologies im Bereich Hartbearbeitung seinen Bedarf an Fräswerkzeugen zu über 80 Prozent von MMC Hitachi Tool. Die Espelkamper räumen zwar ein, dass sie damit eine recht starke Bindung an einen einzelnen Hersteller eingehen. Sie nennen aber auch gute Gründe dafür: Neben der Qualität der Werkzeuge zählt dazu die Kompetenz von MMC Hitachi Tool bei der Verfahrensentwicklung, was für die Westfalen immer wichtiger wird.

Hohe Kosteneinsparung

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Automatische Vermessung der Rundachsen während des Fräsens.

Für den Test-Schieber hat Mark Rotzoll bei Projektabschluss eine Wirtschaftlichkeitsberechnung durchgeführt, die auf Werten für das frühere Flachschleifen basiert und anhand der neuen Fräsprozesse die Kosten exakt dokumentiert und gegenüberstellt. Dies ist Teil des Fertigungskonzepts Production 50, das von MMC Hitachi Tool speziell für den Werkzeug- und Formenbau entwickelt wurde und nach dem bei der Prozessoptimierung grundsätzlich vorgegangen wird. Das Ergebnis kann sich absolut sehen lassen: Unter Einbeziehung aller wichtigen Parameter wie Maschinen-, Werkzeug- und Personalkosten wurde demnach durch das Fräsen gegenüber dem Flachschleifen eine Kosteneinsparung von 60 Prozent erzielt. Hinzu kommen die deutlich gesunkenen Durchlaufzeiten, die Beseitigung von Fertigungsengpässen beim Schleifen und das durch die Umstellung auf das Fräsen erreichte Plus an Flexibilität. „Bei der automatisierten Hartbearbeitung haben wir nun den Durchbruch geschafft“, zeigt sich Dr. Volker Franke sehr zufrieden. „Wir sind hinsichtlich Parallelität, Winkeligkeit, Verschleiß und Prozesssicherheit genau dahin gekommen, wohin wir wollten. Bei den Oberflächen und Toleranzen sind wir sogar deutlich besser als die Vorgaben, auch im Vergleich zum Schleifen.“

 

Anwender im Detail

Harting

In einer kleinen Reparaturwerkstatt 1945 gegründet, zählt das Familienunternehmen Harting in der dritten Generation mit weltweit rund 5.000 Mitarbeitern heute zu den international führenden Anbietern von industriellen Steckverbindern. Der Werkzeugbau ist in der Firma Harting Applied Technologies, Espelkamp, zusammengefasst. Während die Werkzeuge ausschließlich für das eigene Haus konstruiert und gebaut werden, wird die Serienproduktion von Bauteilen und -gruppen, die ebenfalls bei den Applied Technologies untergebracht ist, auch auf dem freien Markt angeboten. Zu den Spezialitäten zählt hier unter anderem die Kombination von Spritzguss-, Stanz-Biegeoperationen mit Montage-, Mess- und Prüfaufgaben sowie Verpackung in komplett automatisierten Anlagen. Das Serviceangebot reicht dabei von der individuellen Produktentwicklung bis hin zur Serienfertigung im Kundenauftrag.

Anbieter im Detail

MMC Hitachi Tool

Das vor über 80 Jahren gegründete Unternehmen ist ein führender Hersteller von Präzisionswerkzeugen für den Werkzeug- und Formenbau. Mit diesem Anspruch will der japanische Werkzeughersteller seine Erfolgsgeschichte fortsetzen. Daher sind seit dem Frühjahr 2017 alle Aktivitäten von MMC Hitachi Tool in einer Marke vereint: Moldino. Diese Kurzform steht für Mold Die Innovation und unterstreicht die fokussierte Marktorientierung im Werkzeug- und Formenbau. (www.moldino.eu)

ist Leiter der PR-Agentur 4marcom + PR! in Unterschleißheim.

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MOLDINO Tool Engineering Europe GmbH

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