Präzisionswerkzeuge von Moldino bei Color Metal

Deutlich mehr Zerspanvolumen: Hier die zweite Formplatte für das Werkzeug, die mit dem neuen TR4F-Messerkopf von Moldino weichgeschruppt wurde.

1993 übernahmen der heutige Geschäftsführer Otmar Gutmann und seine Frau Monika den kleinen Kunststoff-Formenbauer Color Metal und bauten ihn zu einem hochmodernen Werkzeugbauunternehmen mit derzeit 93 Mitarbeitern aus. Im Schnitt entstehen am Firmensitz im südbadischen Heitersheim pro Jahr rund 150 Ein- und Zweikomponenten- sowie Etagenwerkzeuge mit bis zu 12 t Gewicht. Eine Kennzahl ist die hohe Fertigungstiefe, eine weitere sind die kurzen Durchlaufzeiten, die je nach Komplexität vom Auftragseingang bis hin zur Abmusterung im hauseigenen Technikum zwischen 8 und 20 Wochen betragen. Um dies zu erreichen, gibt es eine durchgängige 3D-CAD- und CAM-Infrastruktur (Visi, Hypermill) mit 10 Konstruktions- sowie 14 Programmierplätzen. Ebenso eine hochentwickelte Fertigungstechnik, die zum großen Teil automatisiert ist.

Der neue TR4F-Wendeplattenfräser von Moldino kommt mit weniger Wendeplatten aus, die dafür zehn Prozent dicker sind und 35 Prozent mehr Auflagefläche bieten.

Anton Jabs
Fertigungsleiter bei Color Metal

„Für den gesamten Finish-Vorgang haben wir statt acht Werkzeugen jetzt nur noch vier Kugeln benötigt, wobei beim Fräser Nummer vier noch kein Verschleiß erkennbar war.“

Frästechnische Herausforderungen

„Wir fertigen mannlos in der zweiten und dritten Schicht, am Wochenende und nicht selten im autonomen 24/7-Betrieb“, erklärt Otmar Gutmann. „Wobei wir zunehmend auch Hochglanzflächen auf Endmaß fräsen, was den Polieraufwand reduziert und die Genauigkeit erhöht.“ Das war sozusagen die Überleitung zum Thema: Denn es geht um die frästechnische Vorgeschichte einer 10-t-Spritzgussform mit komplizierten Geometrien, ausgeklügelter Entformungstechnik und anspruchsvollen Oberflächen. Ein Einkomponentenwerkzeug zur Produktion des Lichtleiters für einen „stylish“ geformten LED-Frontscheinwerfer, hausintern von Color Metal nach Kundenvorgaben konstruiert.

Es galt ein Werkzeug mit einer Grundfläche von etwa 1.500 x 1.000 mm aus 1.2343 sowie 1.2738HH herzustellen. Mit schrupptechnischen Herausforderungen wie tiefen Kavitäten, überhängenden Schrägen und weiteren „wilden“ Geometrien. „Wir haben deshalb die Formplatte nicht liegend gespannt, sondern so schräg, dass es ausgesehen hat, als ob sie in der Maschine hing“, erläutert Anton Jabs, Fertigungsleiter bei Color Metal. „Wir haben uns im Laufe vieler Jahre beim Fräsen ein sehr hohes Niveau erarbeitet. Nicht zuletzt mit den Werkzeugen von Moldino und wegen deren prozesstechnischer Unterstützung bei uns im Haus.“ Darum sprach Color Metal Moldino auf die frästechnischen Herausforderungen bei diesem Projekt an. Diese begannen schon mit dem Weichschruppen. „Die Formplatte ist etwa 600 mm dick und die Formtiefe muss über 400 mm betragen, damit der Scheinwerfer überhaupt drinnen liegt“, schildert Jabs die Ausgangslage. „Es galt also rund 6 t Rohmaterial herauszufräsen.“

Mehr Performance beim Weichschruppen

Zum Einsatz kam eine Neuentwicklung von Moldino: Der Wendeschneidplattenfräser TR4F, ein Hochvorschubfräser im Durchmesserbereich 50 bis 100 mm mit ungleicher Teilung. Zur Leistungssteigerung trägt unter anderem die spezielle Form der hier verwendeten – zehn Prozent dickeren – Wendeplatten bei, die beim Fräsen 35 Prozent mehr Auflagefläche bieten. Am Werkzeughalter sorgen breit geformte Taschen für eine bessere Spanabfuhr. So ist beim Weichschruppen ein Zahnvorschub fz von 2,0 mm und mehr möglich. Das Ergebnis überzeugte auf Anhieb: Bei einem Vorschub von 9.300 m/min und einer Tiefenzustellung von 1,0 mm wurde mit dem verwendeten TR4F4052BM-5-22 (52 mm Durchmesser) ein Zeitspanvolumen von 307 cm³/min erreicht.

Restschruppen und Vorschlichten im Harten

Moldino hatte noch weitere Optimierungsvorschläge parat: Diese bezogen sich auf die Bearbeitungsschritte, die nach dem Härten auf 52 HRC folgten. So schlug man vor, für die Schrupp- und Restmaterialzerspanung die neuen Vollhartmetallfräser EHHRE und EHHBE mit der neuentwickelten TH3-Nanobeschichtung zu verwenden. Der EHHRE ist ein 4- oder 6-schneidiges Werkzeug mit polygonaler Stirngeometrie, mit dem ausschließlich Z-Konstant gefräst wird. Mit dem 6-schneidigen EHHRE-6060-TH3 mit 6,0 mm Durchmesser wurden die Formteile nach dem Härten auf 0,15 mm Aufmaß vorgefräst. Oft mit Vorschüben von 7.000 mm/min.

In den Bereichen, die im gehärteten Zustand mit einer Kugel geschruppt und vorgeschlichtet werden mussten, kam der 4-schneidige EHHBE zum Einsatz. Dieser ist das Pendant des EHHRE als Kugelfräser, ebenfalls mit TH3-Nanoschicht. Mit Schneidendurchmesser 4,0 mm (Schaftdurchmesser 6,0 mm) realisierte der EHHBE-4040-S6 bei allen Schrupp- und Restmaterialbearbeitungen Vorschübe von 4.100 mm/min, bei einer Tiefenzustellung von 0,3 und 0,8 mm Seitenzustellung. Damit hat sich der Vorschubwert glatt verdoppelt.

Fast-Hochglanz

Eine besondere Herausforderung bei diesem Projekt war die Herstellung der Facetten. Vorgaben des Kunden waren nahezu spiegelnde Oberflächen sowie eine extrem hohe Genauigkeit. Denn Abweichungen in der Geometrie beeinträchtigen die Lichtstreuung. Deshalb durfte in den Bereichen, wo das Licht umgelenkt wird, keine manuelle Bearbeitung stattfinden. Also auch kein Polieren. Color Metal hatte sich deshalb entschieden, die Facetten zu fräsen. Das Erzeugen von Hochglanzoberflächen in hartem Stahl erfordert stets hohe Drehzahlen und Vorschubwerte, wobei für die Oberflächenqualität die seitliche Zustellung entscheidend ist. Eingesetzt wurden die nanobeschichteten Kugelfräser vom Typ EPDBEH-TH3: Ausgewählt wurde ein Durchmesser von 0,4 mm, genau gesagt der EPDBEH-2004-1.5-TH3.

Geschlichtet wurde mit unverändertem Seitenstep, dafür mit höherer Drehzahl und mehr Vorschub. Und das Ergebnis war mehr als überzeugend: Nach rund 150 Stunden waren alle Facetten der insgesamt acht Werkzeugeinsätze auf Endmaß bearbeitet. „Mit gleichmäßiger Fast-Hochglanzoberfläche und exakt maßhaltig“, unterstreicht Otmar Gutmann abschließend.