Aluminiumformen in drei Wochen oder weniger

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Ein erfahrener Formenbauer bei Phoenix Proto Technologies erklärt Konstruktionsunterschiede zwischen einer Aluminiumform für Prototypen und einer Aluminiumform für die Produktion.

Phoenix Proto Technologies (www.phoenixproto.com) eröffnete vor anderthalb Jahren ein Geschäft mit dem Ziel, schnell Aluminiumformen für Kunden herzustellen, die Prototypen benötigen. Angesichts der anhaltenden Verwendung von Aluminiumbrückenwerkzeugen und eines wachsenden Interesses an Aluminiumformen für Produktionsanwendungen (teilweise dank besserer Legierungen und kürzerer Produktentwicklungszyklen) hat es seitdem für alle drei dieser Formenbauszenarien die Arbeit eingestellt. Das heißt, sein Ansatz für die Herstellung aller Arten von Aluminiumformen ist der gleiche wie seine garantierte Lieferzeit von drei Wochen oder weniger.

Robert Lammon ist Vertriebsdirektor des Unternehmens in Centreville, Michigan. Herr Lammon erklärt, dass PPT von Anfang an darauf bedacht war, die für alle Aspekte des Formenbauprozesses aufgewendete Zeit zu verkürzen, von der Angebotserstellung über die maschinelle Bearbeitung bis hin zur Herstellung von Kunststoffteilen. Er sagt, was diese Strategie auf der Bearbeitungsseite unterstützt, ist die Standardisierung von Schlüsselformkomponenten und -ausrüstung, die sowohl eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung als auch eine zuverlässige Produktion ohne Licht bietet. Bei einem kürzlichen Besuch erklärte er, wie die 15-Personen-Werkstatt Zeit aus den verschiedenen Phasen des Herstellungsprozesses von Aluminiumformen verschwendet.

Sofortiger Prototyping-Prozess

PPT nennt seinen Formenbauansatz Instant Prototype Processing. Sein Ziel ist es, Aluminiumformen herzustellen, ohne das Design eines Kunden einzuschränken, und es garantiert die oben erwähnte schnelle Bearbeitungszeit für Teile mit einer Größe von bis zu 12 x 12 x 4 Zoll. Zusätzlich zu seinen fünf CNC-Bearbeitungszentren verfügt das Unternehmen über fünf Niigata-Spritzgussmaschinen von 85 bis 330 Tonnen für Kunden, die neben den Aluminiumwerkzeugen auch Muster von Kunststoffteilen herstellen möchten.

Der Großteil der Arbeit des Unternehmens stammt aus dem Medizin- und Konsumgütermarkt. Angebote für jeden neuen Auftrag werden dem Kunden in weniger als einer Stunde nach Erhalt einer Anfrage zur Verfügung gestellt. Sobald das Unternehmen eine Bestellung erhält, versammeln sich Programmierer und Werkzeugmacher, um Besonderheiten des Formdesigns wie Trennlinie, Anguss- und Entlüftungspositionen zu besprechen. Innerhalb von 24 Stunden nach Erhalt dieser Bestellung führt es eine Designüberprüfung mit dem Kunden durch (häufig über die GoToMeeting-Webkonferenzanwendung) und schließt dann den neuen Auftrag intern mit einem Pre-Tool-Meeting ab. Ein kürzlich integriertes Computerserversystem macht die gemeinsame Nutzung von Dateien zwischen allen Parteien zu einem einfachen Drag-and-Drop-Prozess, wodurch Dateiübertragungen, die zuvor per E-Mail durchgeführt wurden, erheblich beschleunigt und vereinfacht werden.

Die CAM-Programmierer von PPT, die auch Formkonstrukteure sind, beginnen als Nächstes mit der Bestimmung, wie Kern- und Hohlraummerkmale am besten bearbeitet werden können, entweder durch Erodieren oder Fräsen. Das Unternehmen hat Kern-/Kavitätseinsätze in Standardgröße sowie universelle Formaufbauten auf Lager. Auf diese Weise kann es unmittelbar nach Abschluss der Programmierung Bearbeitungsaufträge für Einsätze planen und einrichten.

Die VMC, die für 80 Prozent der Fräsarbeiten des Unternehmens verwendet wird, ist eine Mikron HSM 600, erhältlich von GF AgieCharmilles (Lincolnshire, Illinois). PPT entschied sich aus zwei Hauptgründen für diese Maschine. Erstens bietet seine 42.000-U/min-Spindel die Geschwindigkeit, um schnell sowohl das 7075-Aluminium zu schneiden, das die Werkstatt normalerweise verwendet (manchmal in gehärtetem Zustand), als auch Graphitelektroden für ihre Ramm-EDM. Die Mikron-Maschine ist mit einem Staubabsaugsystem ausgestattet, um Partikel zu entfernen, die bei der Graphitbearbeitung entstehen. Das Unternehmen entscheidet sich jedoch wann immer möglich für das Fräsen gegenüber dem Erodieren, um den erforderlichen Schritt des Elektrodenfräsens vor dem Brennen zu eliminieren.

Der zweite Grund, warum sich die Werkstatt für die Hochgeschwindigkeitsmaschine entschied, war, dass sie einen kompakten, integrierten Palettenwechsler bot. Dadurch können Rüstvorgänge auf mehreren Paletten außerhalb der Arbeitsumgebung der Maschine durchgeführt werden, während die Maschine einen anderen Auftrag ausführt. Dies ermöglicht auch eine „lights-out“-Produktion, wodurch Spindelstillstandszeiten minimiert werden und die Notwendigkeit, drei Schichten zu besetzen, eliminiert wird. PPT installiert normalerweise mehrere Schraubstöcke auf jeder Palette und hat auch eine Halterung entwickelt, die zahlreiche Elektroden aufnehmen kann, um die Anzahl der Jobs zu maximieren, die das VMC ohne Bedienereingriff erledigen kann.

Viele Fräsoperationen auf der Hochgeschwindigkeitsmaschine erfordern Werkzeuge mit kleinem Durchmesser. Obwohl es ungewöhnlich ist, ist ein Werkzeugbruch beim Schneiden von Aluminium möglich. Um ein nächtliches Luftschneiden aufgrund eines gebrochenen Werkzeugs zu verhindern, fordern Maschinenprogrammierer häufig häufigere Werkzeugwechsel als üblich, obwohl die effektive Lebensdauer eines Werkzeugs noch nicht erreicht ist.

Prototypformen fördern den Kauf neuer Maschinen

Die Aluminiumformen, die PPT für Prototypen und Produktionsanwendungen erstellt, unterscheiden sich in der Art und Weise, wie Hinterschnitte und andere Teilemerkmale in den Formen ausgeführt werden. In fast allen Fällen verwenden Prototypenformen Handbelastungen, um diese Merkmale zu erzeugen, und nicht die mechanischen Schieber, die bei Produktionsformen üblich sind. Handlader sind bearbeitete Komponenten, die vor jedem Schuss manuell in die Auswerferseite einer Form eingesetzt werden. Sobald der Schuss beendet ist, werden die Handladungen mit dem geformten Kunststoffteil ausgeworfen. Ein Bediener entfernt die Handlasten von dem Teil und installiert sie für den nächsten Schuss wieder in der Form.

Dieser manuelle Eingriff ist gerechtfertigt, da die Losgrößen der Prototypen sehr gering sind. Außerdem können Formen mit manueller Belastung schneller konstruiert werden und kosten weniger als solche mit mechanischen oder hydraulischen Einwirkungen. Eine Auswahl von Handladungen ist auf einem Foto rechts dargestellt. Diese Prototypform erzeugt einen Zündschalter, der 15 Hinterschneidungen erfordert.

PPT hat kürzlich eine Captain-Fünf-Achsen-Drehmaschine von Okuma (Charlotte, North Carolina) mit dem Ziel erworben, Handlasten und andere kleine Formkomponenten in einer Einrichtung zu bearbeiten. Dadurch kann die Mikron VMC hauptsächlich Elektroden und Kern-/Kavitätseinsätze fräsen. Die Drehmaschine ist gut geeignet, um solche Komponenten fertigzustellen, die Verjüngungen und Formschrägen sowohl aus rechteckigem als auch aus rundem Material aufweisen können.

Das andere Formbild auf der rechten Seite ist eine Produktionsform, die PPT erstellt hat, um eine Abdeckung aus ungefülltem Nylon herzustellen. Diese spezielle Aluminiumform verwendet einige Weichstahlkomponenten wie Leisten und Bodenplatten. PPT stellt jedoch routinemäßig Formen her, die vollständig aus Aluminiumkomponenten bestehen. In diesen Fällen werden Aluminiumkomponenten, die gegeneinander gleiten, hartbeschichtet, um die Verschleißfestigkeit und Langlebigkeit des Werkzeugs zu verbessern.

Herr Lammon glaubt, dass die Nachfrage nach Aluminiumformen für Prototyping-Anwendungen stark bleiben wird. Er weist jedoch schnell darauf hin, dass immer mehr große Hersteller zu erkennen beginnen, dass Aluminiumformen im Vergleich zu Stahl schneller hergestellt werden können, weniger kosten und aufgrund besserer thermischer Eigenschaften kürzere Zykluszeiten beim Spritzgießen ermöglichen.

Es ist nicht ungewöhnlich, dass die heutigen Aluminiumformen 1 Million Schüsse liefern, sagt Herr Lammon, was ausreichen könnte, um die Produktionsanforderungen eines Unternehmens zu erfüllen, das seine Produkte ständig aktualisiert oder neue einführt. Er setzt darauf, dass dies zu zusätzlicher Arbeit für PPT führen wird, da diese Unternehmen die Vorteile erkennen, die Aluminiumformen sowohl für Prototypen als auch für die Produktion bieten.