5-Achsen-Zentrum

Meinolf Droege,

Schneller zur Spritzgieß-Form

Qualitative Verbesserungen der Formen standen bei Investition in ein 5-Achsen Bearbeitungszentrum des Werkzeug- und Formenbauer Commercial Tool and Die (CTD) im Fokus. Zusätzlich gelang es, die Bearbeitungszeiten um bis zu zehn Prozent zu senken und damit effizienter zu werden.

Eine typische Spritzgießform, wie sie CTD herstellt. Sie bestehen überwiegend aus hochgehärtetem Werkzeugstahl P-20. © Zimmermann

Die 1953 gegründete Commercial Tool Group hat sich vom kleinen Formenbaubetrieb im Großraum Grand Rapids, Michigan, zu einem bedeutenden Anbieter von Spritzgieß- und Pressformen, Vorrichtungen und Automatisierungen entwickelt. Das Unternehmen befindet sich in dritter Generation in Familienbesitz. Heute verfügt die Gruppe über drei Geschäftseinheiten: Commercial Tool and Die (CTD), CG Plastics und CG Automation and Fixture, die sich auf Entwicklung und Herstellung unter anderem von Messtechnik, automatisierten Schweißanlagen sowie auf Pressen konzentriert. CG Plastics ist ein Unternehmen, das Spritzgießversuche und die Produktion kleiner Stückzahlen übernimmt. Dazu verfügt es über Spritzgießmaschinen von 850 bis 25 000 Kilonewton Schließkraft.

CTD bietet schlüsselfertige Lösungen für Hersteller verschiedener Kunststoff- und Verbundbauteile, die überwiegend in der Automobilindustrie zum Einsatz kommen. Um dafür großformatige Werkzeuge herzustellen, setzt das Unternehmen seit kurzen auf eine Portalfräsmaschine FZ40 Compact von F. Zimmermann aus dem schwäbischen Neuhausen. Die amerikanische Niederlassung des Maschinenbauers ist ebenfalls in Michigan beheimatet.

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Um den vielfältigen Anwendungen im Betrieb gerecht zu werden, forderte der Formenbauer einige Modifikationen an der Anlage. © Zimmermann

Überzeuget hat den Anwender nach eigener Auskunft die offene Bauweise, das oben fahrende, dynamisch angetriebene Portal, der solide Grundaufbau und das steife Gesamtkonzept. Das Gewicht der Anlage war etwa doppelt so hoch wie das einer Konkurrenzmaschine, die sich die Verantwortlichen ebenfalls angeschaut hatten. „Wir wussten, dass die Genauigkeit der Zimmermann-Anlage unseren Anforderungen entsprechen würde“, sagt Werksleiter Darin Hall. „Denn die Klemmkräfte der A- und C-Achse des VH60-Fräskopfs würden es ermöglichen, die Vorteile des HSK-A100-Werkzeugdrehmoments und der Leistungsbereiche voll auszuschöpfen.“

Mit dieser platzsparenden Maschine kann der Anwender primär Stahl, Guss und Titan wirtschaftlich bearbeiten. Für die effiziente Schwerzerspanung setzt Zimmermann auf ein massives und struktursteifes Portal. Zudem kommt ein großer Kreuzschlitten zum Einsatz, und auch der Senkrechtschlitten ist für das Bearbeiten von Werkzeugstahl ausgelegt. Diese Eigenschaften machen die Maschine sehr stabil. Mit der verstärkten Grundplatte lassen sich Werkstücke bis 16 Tonnen aufnehmen. Acht zusätzliche Aufstellelemente sorgen für mehr Standfestigkeit. Die mit Spezialbeton gefüllten Seitenwände stehen auf dem Maschinenbett. Damit lässt sich die Anlage auf einem soliden Industrieboden aufstellen – zumeist ohne ein spezielles Maschinenfundament. Dank ihrer Leistung und Stabilität sollen Betreiber Bauteile aus Stahl 5-achsig schnell und wirtschaftlich bearbeiten können. Dabei erreiche die Maschine kurze Bearbeitungszeiten, hohe Verfügbarkeit und Präzision.

Oberflächengüte sicherstellen

Die Projektmannschaft, unter anderem mit Commercial Tool and Die Geschäftsführer J.D. Bouwman (vorne Mitte) und Zimmermann Inc- Geschäftsführer Cornelius Kiesel (vorne, rechts). © Zimmermann

Die Steifigkeit der Maschine ermögliche die erforderlichen engen Toleranzen der von CTD hergestellten Spritzgießformen für Optiken und Linsen. Darüber hinaus ergab die Steifigkeit auch über eine lange Laufzeit gute Oberflächenqualität, die für Automobilteile Klasse A erforderlich ist. Da der Bearbeitungsvorgang im Betrieb zwar überwacht, nicht aber beaufsichtigt ist, waren Faktoren wie Zuverlässigkeit und Wiederholgenauigkeit der Maschine wichtig.

Um den vielfältigen Anwendungen im Betrieb gerecht zu werden, forderte der Formenbauer einige Modifikationen, zum Beispiel andere Sensoren und eine erweiterte Z-Achse. Zudem galt es, die Werkzeugwechselfähigkeit von 300 auf 400 Millimeter für längerer Werkzeuge zu erhöhen, die C-Achsendrehung für Fünf-Achs-Programme auszuweiten sowie eine Feinabstimmung der Getriebe und Motoren in Zusammenarbeit mit Heidenhain Engineering. Außerdem benötigte der Hersteller ein neues Design für den Werkzeugwechsler. „Normalerweise sind Maschinenbauer vor große Herausforderungen gestellt, wenn wir Konstruktionsänderungen verlangen“, berichtet Darin Hall. „Das Zimmermann-Team reagierte schnell und flexibel." Die mechanischen und elektrischen Konstruktionsänderungen an der Maschine seine für diese Anwendung erforderlich und die Softwareanpassungen der Heidenhain-Steuerung einfach zu bewerkstelligen gewesen. Die Konstruktionsabteilung und die Anwendungsspezialisten entwickelten eine bedarfsgerechte Lösung.

Optimal abgestimmt

Mit der neuen Maschinentechnik sinken die Bearbeitungszeiten trotz hoher Oberflächenqualitäten. © Zimmermann

CTD konnte die Maschine bereits nutzen, während die Modifikationen implementiert wurden. Die Ergebnisse wurden dokumentiert und an Zimmermann zurückgemeldet. Mit dieser Maschinentechnik können wir die Zykluszeiten um mindestens zehn Prozent reduzieren, ohne Kompromisse bei der Oberflächenqualität machen zu müssen", sagt Darin Hall.

Während der Produktion überträgt die Steuerung die Daten der Maschine an das kundenseitige ERP-System. Das ERP-Protokoll verfolgt alle Leistungen wie Planung, Arbeitspläne, vergleichende Schichtanalysen sowie die Gesamtanlageneffektivität. Demnach wurden Leistung und Drehmoment der FZ40 Compact genutzt, um die Schnittgeschwindigkeiten zu verbessern. Mit Einsatz der HSK-A100-Spindeltechnologie sei mehr Leistung möglich gewesen, ohne die Oberflächenqualität zu beeinträchtigen. Die Kunden profitierten damit von kürzeren Durchlaufzeiten – zudem gewann CTD mehr Aufträge.

Genutzt wird die Powermill CAM-Software-Lösung mit CAM-to-Machine-Integration. Damit können die Mitarbeiter die Werkstücke zuverlässig prüfen, bevor sie diese aus der Maschine nehmen. Bei den typischerweise hergestellten großen Formteilen ist diese Eigenschaft ein wichtiger Vorteil. CTD verwendet auch die Zeiss CMM- und Creaform-Laser-3D-Inspektionstechnologie.

Ein letzter, aber wesentlicher Vorteil der Motion-Control-Programmierung, so Darin Hall, sei die Feinabstimmung der einzelnen Bewegungen der Z- und C-Achsen. Denn damit erreiche der Betrieb eine maximale Oberflächenqualität. Der Werksleiter ist zufrieden, lassen sich dadurch doch die meisten Handpolierarbeiten vermeiden, was für das Unternehmen eine erhebliche Kostenersparnis bedeutet. Aktuell befinden sich zwei weitere Zimmermann-Maschinen für den Formenbauer in der Bauphase.

Zimmermann-Projektleiter Yves Klein wurde von Darin Hall für seine Arbeit an diesem Projekt sehr gelobt. Alle erforderlichen Modifikationen wurden gründlich diskutiert, auf ihre Machbarkeit hin analysiert und in das endgültige Design der Maschine umgesetzt. Für Hall sei das eine Seltenheit unter den Maschinenbauern. Viele der für diesen Kunden entwickelten Maschinenmodifikationen könnten künftig zum Standard gehören und für viele andere Zerspaner in der Branche nutzbar sein.

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