Die Welt der Werkzeug- und Formenbaubetriebe ist rund

Für viele Lohnfertiger in der Fertigung bezieht sich der Werkzeug- und Formenbau in der Regel auf die Herstellung asymmetrischer Teile. Blechkomponenten haben verschiedene Formen, und spritzgegossene Kunststoffteile reichen von Telefonen bis hin zu Computerschränken.

Allerdings gibt es in der Welt des Werkzeug- und Formenbaus sehr viele Teile, die rund sind. Kappen, Dichtungen, Dichtungen, um nur einige zu nennen, sind Teile, die runde Werkzeug- und Formkomponenten erfordern.

Es wurde viel über die Bearbeitung von Formhohlräumen und Werkzeugsätzen für asymmetrische Teile geschrieben. In diesem Artikel liegt der Schwerpunkt auf dem Hartdrehen bei der Herstellung von Form- und Gesenkkomponenten zur Herstellung der zahlreichen runden Metall- und Kunststoffteile.

Um mehr über diese Fertigungsnische zu erfahren, haben wir Reliance Tool and Manufacturing (Elgin, Illinois) besucht. Es handelt sich um einen 50 Jahre alten Lohnfertiger, der sich auf das Hartdrehen spezialisiert hat und daraus Formkomponenten und Werkzeugsätze zur Herstellung runder Produkte herstellt.

Wir haben mit Betriebsleiter Dale Schrieber gesprochen, um herauszufinden, wie Reliance in seinen Produktionsprozessen vom Hartdrehen profitiert hat.

Progressive und zusammengesetzte Matrizen

Matrizensätze enthalten eine Reihe von Komponenten. Dabei handelt es sich häufig um Einzelteile, die an der Ober- und Unterseite der Lochplatten montiert werden. Dieses Design ermöglicht Anpassungen an den einzelnen Komponenten des Werkzeugsatzes statt an der gesamten Einheit.

In einem Folgeverbundwerkzeug werden Blechspulen zwischen der oberen und der unteren Hälfte des Werkzeugsatzes zugeführt. Jedes Mal, wenn die Presse schließt, wird ein komplettes Teil am Ende der Presse ausgeworfen.

Ein Folgeverbundwerkzeug kann zwei, vier oder sogar 16 verschiedene Stationen haben, um eine vollständige Prägung zu erzeugen. Nachdem die Presse einen Hub abgeschlossen hat, wird das Coil von einer Werkzeugstation zur nächsten transportiert. Einige Matrizensätze sind so konzipiert, dass sie nach und nach eine flache Form stanzen und die Stanzung dann zu einem 3D-Teil falten. Dies geschieht alles mit einem Druck auf einen progressiven Würfel.

Verbundmatrizen unterscheiden sich von Folgeverbundmatrizen dadurch, dass sie mit einem einzigen Pressenhub eine vollständige Prägung erzeugen. Zusammengesetzte Matrizen formen, stanzen Löcher und formen das Werkstück, alles mit einem einzigen Schlag aus der Presse.

Wie Folgeverbundwerkzeuge bestehen auch Verbundwerkzeuge aus Komponenten, die auf der Ober- und Unterplatte montiert werden. Es sind diese Komponenten, die Reliance herstellt und zu kompletten Sets zusammenbaut. Für die meisten ihrer Kunden sind diese Komponenten rund.

Warum Hartdrehen?

Vor etwa sechs Jahren begann Reliance mit dem Hartdrehen zu experimentieren. Die Idee war, die traditionellen Schleifvorgänge durch einen Prozess zu ergänzen, der flexibler ist und mehr Teile durch die Werkstatt schicken kann.

Vor der Einführung des Hartdrehens stellte Reliance seine Werkzeugsätze und Formkomponenten auf traditionelle Weise her. Sie würden das Teil grob drehen und das Schleifmaterial zurücklassen, dann wärmebehandeln und fertig schleifen.

Wie bei jedem Lohnfertiger treibt der Druck, Teile immer schneller zu liefern, einen Großteil der Suche nach alternativen Technologien voran. Die einzige Bedingung, die Reliance bei der Suche nach neuen Wegen zur Herstellung von Werkzeugsätzen und Formkomponenten auferlegte, bestand darin, seinen Kunden Teile zu liefern, die genauso gut oder besser waren als die geschliffenen.

„Am Anfang war unser Ansatz beim Hartdrehen Trial-and-Error“, sagt Jeff Staes, der den Hartdrehprozess bei Reliance entwickelt hat. "Bei einigen unserer Anwendungen waren die Vorteile gegenüber dem Schleifen sofort ersichtlich."

Die meisten Arbeiten, die für das Hartdrehen vorgesehen sind, haben Toleranzanforderungen von 0,0005 Zoll. Aber bei Radien von nur 0,005 Zoll und der Notwendigkeit, Verjüngungen in Radien zu überführen, hat das Einpunktdrehen deutliche Vorteile gegenüber dem Schleifen. Kegel, sowohl Innen- als auch Außendurchmesser, die für Entformungswinkel und Teilegeometrie erforderlich sind, lassen sich ebenfalls leicht auf einem Drehzentrum erzeugen.

„Der Versuch, mit einer Schleifscheibe winzige Radien einzuhalten oder Kegel zu erzeugen, erfordert häufiges Abrichten, was den Produktionsprozess verlangsamt“, sagt Herr Schrieber. „Das Fertigschleifen der letzten paar Tausendstel ist auch zeitaufwändig, da die Scheibe häufiger abgerichtet werden muss. Die feinere Körnung der Fertigscheibe lädt sich schneller auf als eine Schruppscheibe, die die Metallabtragsraten einschränkt.“

Was sie gelernt haben

Der Schlüssel zum erfolgreichen Hartdrehen beginnt beim Weichdrehen. Um beständige Oberflächengüten und Maßgenauigkeiten auf gehärteten Werkstücken zu erzielen, ist es erforderlich, dass nach dem Schruppdrehen vor der Wärmebehandlung des Rohlings die richtige Menge an Rohmaterial übrig bleibt.

Geometrische Merkmale, wie z. B. dünnwandige Abschnitte, müssen oft wegen der Tendenz, sich bei der Wärmebehandlung leicht zu verziehen, zum Hartdrehen mit mehr Material belassen werden. Die Idee besteht darin, die dünnen Abschnitte zu verstärken, um genügend Material zu haben, um Maßänderungen durch die Wärmebehandlung zu ermöglichen.

„Unser Wärmebehandler leistet gute Arbeit, indem er den Verzug auf ein Minimum reduziert“, sagt Herr Schrieber. "Sie verwenden Keramikplatten für Werkstücke mit dünnem Querschnitt zusammen mit anderen Techniken zur Kontrolle der Dimensionsänderung. Wir stellen unsere Teile sogar in ein Regal, bevor wir sie zur Wärmebehandlung versenden, um die Konsistenz zu kontrollieren."

Wegen des Werkzeugverschleißes ist die Beibehaltung der gleichen Aufmaße beim Hartdrehen wichtig. Im Allgemeinen besteht der Hartdrehprozess aus zwei Schritten:einem oder mehreren Schruppdurchgängen, gefolgt von einem Schlichtdurchgang. Das Entfernen der geringsten Materialmenge beim Schruppen spart Produktionszeit, aber was noch wichtiger ist, es spart das Schrupp-Hartdrehwerkzeug. „Ein rauer, harter Werkzeugverschleiß wirkt sich auf die Oberflächenbeschaffenheit und die Größe im letzten Durchgang aus“, sagt Herr Staes.

Der Fräser der Wahl für Reliance ist CBN (kubisches Bornitrid). Für sehr kleine Auflagen oder unterbrochene Schnitte wird Keramik verwendet, die sich jedoch bei größeren Produktionsserien nicht so gut abnutzt wie CBN.

„CBN ist sehr vielseitig“, sagt Herr Staes. Die Insert-Auswahl ist jedoch ein limitierender Faktor. „Wir entwerfen Einsätze und lassen sie speziell für uns von unseren Werkzeuglieferanten herstellen. Wir erstellen andere Einsatzgeometrien, indem wir vorhandene Einsätze in die von uns benötigte Form überarbeiten“, fährt Herr Staes fort. "Es gibt noch nicht die Vielfalt an Einsatzformen und -geometrien für CBN, aber es wird besser."

Werkzeugstahl im Schnitt

Ein Großteil des von Reliance verwendeten Materials ist A-3- und D-2-Werkzeugstahl, der zwischen 48 und 64 Rc gehärtet ist. CBN-Wendeplattenfräser eignen sich gut für diese Hartdrehanwendungen.

Obwohl CBN nach Diamant das zweithärteste Material ist, können mit CBN hergestellte Einsätze zerbrechlich sein. Einige Drehprozesse müssen gegenüber dem, was als konventionell angesehen wird, modifiziert werden, um diese Zerbrechlichkeit zu berücksichtigen.

Im Allgemeinen wird ein CBN-Einsatz durch Hartlöten oder anderweitiges Verbinden einer vorgeformten Kante aus CBN-Material mit einem Hartmetallsubstrat hergestellt. Dieses Gelenk ist eher die Schwachstelle für das Schneidwerkzeug.

Werkzeug- und Formkomponenten müssen eine hohe Maßgenauigkeit und eine hervorragende Oberflächengüte aufweisen. Um diese Ziele mit dem Hartdrehen zu erreichen, hat Herr Staes einige Richtlinien entwickelt.

„Die Schnittrichtung in eine Schulter an einem Außen- oder Innendurchmesser kann ein Faktor sein, wenn enge Toleranzen bei der Tiefe und der Wandoberfläche erforderlich sind“, sagt er. "Anstatt vom Innen- oder Außendurchmesser in die Fläche zu kommen, ist es besser, zuerst die Wand nach unten zu richten, um überschüssiges Material zu entfernen. Lassen Sie zwischen 0,0005 und 0,0010 Zoll Material für einen Enddurchgang stehen.

„Wenn der Schruppdurchgang abgeschlossen und der größte Teil des Materials entfernt ist, kann der Schlichtdurchgang in die Wand ausgeführt werden. Das Entfernen der verbleibenden 0,0010 Zoll oder weniger Metall übt einen geringeren Werkzeugdruck auf die Wendeschneidplatte aus, insbesondere wenn es sich um ein kleines Werkzeug mit Anstellwinkel handelt Geometrie verwendet wird", sagt Herr Staes.

Bei Aufbohroperationen ist die Mittenhöhe der Wendeschneidplatte ein kritischer Faktor für das erfolgreiche Halten von Größe und Oberflächengüte. Wenn sich die Stange biegt, könnte sie die Schneidkante unter die Mittellinie fallen lassen, was zu einer kürzeren Standzeit des Werkzeugs und einer schlechten Oberflächengüte führt. Herr Staes empfiehlt VHM-Bohrstangen zum Hartdrehen. "Sie werden das Biegeproblem reduzieren und eine größere Tiefenkapazität bieten", sagt er.

Überlegungen zu Temperatur und Werkstückhaltung

Bis ein Werkstück hartgedreht ist, hat sein Wert deutlich zugenommen. Die kumulierten Kosten umfassen Material, Zeit für die Grobbearbeitung und Wärmebehandlung. Dies ist definitiv keine Zeit, um ein solches Teil zu verschrotten.

Wenn Herr Staes diese Teile dreht, behält er die Werkzeuge gerne im Auge, insbesondere beim Einsatz von CBN. Einige Anwendungen können trocken geschnitten werden, andere werden jedoch durch erhöhte Temperaturen aus dem Bearbeitungsprozess beeinträchtigt. Um dies zu kontrollieren und gleichzeitig eine klare Sicht auf den Arbeitsbereich zu ermöglichen, verwendet Reliance Werkstattluft oder eine Kaltluftpistole, um die Temperatur der Teile aufrechtzuerhalten.

Die Werkstückspannung ist eine weitere Überlegung bei der Herstellung von runden Werkzeug- und Formkomponenten. Rundheit ist für viele dieser Teile, die häufig sehr dünnwandig sind, ein kritisches Maß.

„Wir verwenden ein manuelles 6-Zoll-Dreibackenfutter, das von dem hydraulischen Spannfutter gehalten wird, das auf dem Drehzentrum montiert ist“, sagt Herr Staes. "Die weichen Backen des manuellen Spannfutters werden auf der Maschine mit einer Konzentrizität von 0,0005 Zoll gebohrt."

Inspektionstechniken

Viele der von Reliance ausgeführten Werkzeug- und Formkomponentenarbeiten sind relativ einfach auf Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit zu prüfen. Sie verfügen über alle erforderlichen Inspektionsgeräte, Dokumentationen und Rückverfolgbarkeitstechniken, um sich für ANSI/ASQC Q9001-1994 und ISO 9000 zu qualifizieren.

Einige der produzierten Werkstücke sind jedoch nicht so einfach zu messen. Reliance hat eine interessante Technik entwickelt, um versteckte Merkmale in IDs und anderen schwer zugänglichen Stellen auf einem Werkstück zu überprüfen.

„Für ID- und OD-Formulare haben wir früher regelmäßig ein Stück in zwei Hälften geschnitten, um die Merkmale zu überprüfen“, sagt Herr Schrieber. „Jetzt verwenden wir Dentalmaterial [ein hochviskoses Vinylpolysilikon], um einen Abdruck des Merkmals zu nehmen. Dieses Material wird dann auf einem optischen Komparator überprüft. Diese Technik hat sich für uns gut bewährt und ist sehr genau, wenn sie richtig ausgeführt wird.“

Job-Shop-Partnerschaft

Reliance hat sich einen beeindruckenden Ruf für die Herstellung runder Form- und Werkzeugkomponenten aufgebaut. „Viele unserer besten Kunden sind andere Werkzeugbaubetriebe, die unser Know-how in der Herstellung von Rundteilen benötigen“, sagt Herr Schrieber. "Vor allem, wenn eine schwierig zu schleifende Anwendung hinzukommt. Wir bekommen viel Auftrag für das Hartdrehen."

Nennen Sie es Partnering oder Spezialisierung, Geschäfte, die sich früher vielleicht als Konkurrenten betrachtet haben, arbeiten zusammen, um gute Teile an Kunden zu liefern. Es ist ein Trend im Vertragswerkstattbetrieb, der die Realitäten der heutigen Produktionsumgebung widerspiegelt.

Shops wie Reliance bieten spezialisierte Dienstleistungen für andere Job Shops, die diese Spezialitäten benötigen. Ebenso wird Reliance, wenn es auf ein Prozessproblem stößt, das seine Kapazitäten übersteigt, Hilfe von anderen Shops erbitten.

Die Standardisierung der Prozessdokumentation unter Verwendung von ISO 9000-Techniken und anderen hilft den Geschäften, gemeinsam Geschäfte zu machen. Anhand der Prozessdokumentation lässt sich leicht erkennen, ob ein Geschäft halten kann, was es verspricht
kann.

Ergebnisse

Reliance steht, wie die meisten anderen Lohnfertiger, unter dem enormen Druck seiner Kunden, die Vorlaufzeiten zu verkürzen. Dieser Druck wird durch verkürzte Produktlebenszyklen und kontinuierliche Verbesserungsprogramme in diesen Unternehmen erzeugt.

Reliance stellt nicht nur Werkzeugsätze und Formkomponenten für andere Unternehmen her, sondern verfügt auch über ein nettes internes Fertigungsgeschäft. Sie stellen zahlreiche eigene Stempel her.

„Das Hartdrehen hat uns geholfen, die Lieferungen an unsere Kunden von durchschnittlich 16 bis 18 Wochen auf sechs zu reduzieren“, sagt Herr Schrieber. „Es hat uns auch Aufträge von anderen Werkzeug- und Formenbaubetrieben eingebracht, die nicht über das Know-how beim Drehen verfügen, aber die Vorteile des Hartdrehens gegenüber dem Schleifen für einige Anwendungen sehen.

"Unser eigener Stanzbetrieb ist praktisch zu einer Beta-Test-Site für neue Prozesse und Techniken geworden. Wir testen sie selbst, bevor wir sie bei einer Kundenanwendung ausprobieren", fügt Herr Schrieber hinzu.

Für Reliance scheint das harte Drehen zu funktionieren. Der Umsatz ist um 44 Prozent gestiegen, der Kundenstamm erweitert sich und für die nächsten Jahre wird ein Wachstum zwischen 15 und 20 Prozent prognostiziert.