Effiziente Werkzeuge für harte Fälle

Grundsätzlich fordert der Markt produktive, zuverlässige und präzise Werkzeuge. „Die speziellen Charakteristika des Werkzeug- und Formenbaus machen es allerdings notwendig, bei der Auslegung von Werkzeugdesigns über den Tellerrand hinauszusehen“, sagt Erich Timons, CTO der Iscar Germany GmbH. Werkstückstoffe, zu bearbeitende Formen und Prozess-Strategien sind wichtige Aspekte, die die Auslegung von Zerspanungswerkzeugen beeinflussen. Die Experten sind davon überzeugt, dass nur eine ganzheitliche Werkzeugentwicklung in Kombination mit den digitalen Möglichkeiten von Industrie 4.0 zu erfolgreichen Lösungen für dieses Segment führt.

Die „harte Nuss“ Werkstückstoff

Der im Werkzeug- und Formenbau am häufigsten verwendete Werkstoff ist Stahl mit hohem Härtegrad. Diese „harte Nuss“ beeinflusst die Wahl des Schneidstoffs und die Schneidengeometrie maßgeblich.

Bei der Nachbearbeitung von verschlissenen oder beschädigten Formen kommen verschiedene Methoden wie Schweißen, thermisches Metallspritzen oder die Laserbehandlung zum Einsatz. Zur Weiterbearbeitung dieser Oberflächen wird ein Zerspanungswerkzeug benötigt, das sowohl harte wie auch weiche Werkstoffe abtragen kann. Dies wiederum fordert die Hersteller heraus, Lösungen für möglichst lange Standzeiten bereitzustellen.

Oberflächen im Werkzeug- und Formenbau sind meist sehr komplex. 3D-Profile sind gängig, und die Fähigkeit, solche Flächen effizient zu bearbeiten, ist eine elementare Herausforderung für die Zerspanung. „Der Markt fordert Lösungen für hohe Präzision und Oberflächengüte sowie Standzeiten, die die Bearbeitung in einem Durchgang ermöglichen“, erklärt Timons.

Fräswerkzeuge prädestiniert

Formen und Gesenke lassen sich mit verschiedenen Verfahren wie Fräsen, Drehen, Bohren oder Reiben bearbeiten. Charakteristische Merkmale des Werkzeug- und Formenbaus sind neben komplexen Oberflächen auch nichtrotationssymmetrische Bauteile und die Notwendigkeit, viele Kavitäten mit sehr hohem Spanvolumen herzustellen. Dafür sind Fräswerkzeuge prädestiniert.

Der Werkzeug- und Formenbau gilt als Vorreiter im Hochgeschwindigkeits- und Hochvorschubfräsen sowie in der Entwicklung effizienter Fertigungsstrategien. Dies hat auch die Hersteller beeinflusst. „Im Lauf der Jahre sind die Erwartungen immer höher geworden. Heute sind die Mitspieler im Werkzeug- und Formenbau die anspruchsvollsten Konsumenten von Zerspanungswerkzeugen. Sie fordern von den Anbietern permanent Antworten auf aktuelle industrielle Trends“, skizziert Timons.

Im Werkzeug- und Formenbau kommen zur Schruppbearbeitung von Kavitäten und breiten Kanten häufig Wendeplattenfräser in unterschiedlichen Ausführungen zum Einsatz. Weil sie hohe Belastungen aufnehmen müssen, spielt der Schneidstoff eine Schlüsselrolle bei der Umsetzung langer Standzeiten. Dafür hat Iscar die Sorte IC845 entwickelt. Dabei handelt es sich um eine Hartmetallsorte mit einem neuen, zähen Substrat und einer innovativen Nano-PVD-Beschichtung mit Sumo-Tec-Nachbehandlung. Die Sorte wurde speziell für sehr anspruchsvolle Bearbeitungen geschaffen. Wendeschneidplatten in IC854 erzielen lange Standzeiten, was die Zerspanleistung von Wendel- und Hochvorschubfräsern deutlich verbessert.

Ausschlaggebend: Multifunktionalität

Bei der Bearbeitung komplexer Oberflächen gelten Kugelkopffräser und torische Fräser als die Arbeitstiere. Im Werkzeug- und Formenbau gibt es viele kleine und mittlere Unternehmen. Für sie ist die Multifunktionalität ein ausschlaggebender Faktor bei der Werkzeugauswahl. Bei der TOR-6-MILL-Linie können in einem Fräser vier verschiedene Wendeschneidplattengeometrien verwendet werden. Damit wird er wahlweise zu einem torischen, 90-Grad-, 45-Grad- oder Hochvorschubwerkzeug. So lassen sich 3D-Flächen, plane Oberflächen und Fasen bearbeiten – oder das Werkzeug kommt als Hochleistungsschruppwerkzeug zum Einsatz.

Hochvorschub- und Hochgeschwindigkeitsfräsen haben sich in der Praxis als leistungsstarke Verfahren bewährt, um die Produktivität signifikant zu erhöhen und gleichzeitig manuelle Tätigkeiten wie Werkzeugwechsel zu reduzieren. Das Ergebnis sind kürzere Fertigungszeiten. Durch die rechtzeitige Reaktion auf diese Entwicklung ist es der Werkzeugindustrie gelungen, den in den 1990er Jahren stark gestiegenen Bedarf an speziellen Werkzeugen und Geometrien zu decken.

Hochvorschubwerkzeuge steigern die Produktivität

Hochvorschubfräswerkzeuge sind die Produktivitäts-Pusher. Innovative Fräswerkzeuge wie LOGIQ sind dem Hochvorschubfräsen zuzuordnen. NAN 3 FEED und MICRO 3 FEED, zwei der neuen Linien mit Wendeschneidplatten, decken Durchmesser von acht bis 16 Millimetern ab. Obwohl Vollhartmetallschaftfräser traditionell dominieren, sind die Experten davon überzeugt, dass das Wendeschneidplattenkonzept für Schruppbearbeitungen eine ernstzunehmende, kostengünstige Alternative zu Vollhartmetallwerkzeugen darstellt. Die LOGIQ-4-FEED-Linie für Hochvorschubfräser beispielsweise bietet eine knochenförmige, doppelseitige Wendeschneidplatte mit vier Schneidkanten mit sehr guten Möglichkeiten zum Schrägeintauchen, was die Hauptanwendung dieser Linie definiert: hoch effizientes Schruppen vor allem von tiefen Kavitäten. Diese Fräser eignen sich für die Bearbeitung von Werkstücken mit einer Härte bis zu 60 HRC.

Digitale Werkzeug-Konfiguration

Die Fertigung kleiner Stückzahlen sowie die erforderliche Präzision machen bereits die geringste Abweichung von der Norm zur Achillesferse des Werkzeug- und Formenbaus. Schon der kleinste Fehler in der Bearbeitung eines Bauteils kann dazu führen, dass das Endprodukt zum Ausschuss wird. Im Zuge von Industrie 4.0 steht Werkzeug- und Formenbauern mit der Digitalisierung unterdessen ein effektives Instrument zur Verfügung, diese Herausforderung zu meistern – die digitale Modellierung von Bearbeitungsprozessen. Auf diese Weise können produktive Bearbeitungsstrategien, Werkzeugwege und Schnittdatenoptimierungen implementiert und Kollisionen vermieden werden.

Viele Alltags-Produkte entstehen durch den Werkzeug- und Formenbau, und die Nachfrage bleibt unverändert hoch. Innovationen beispielsweise aus der Automobilindustrie, einem wichtigen Abnehmer von Bauteilen aus dem Werkzeug- und Formenbau, wirken sich stark auf diese Branche aus. Der Bedarf an Produkten aus dem Werkzeug- und Formenbau fordert auch die Werkzeughersteller heraus.