Die 5-achsige Portalfräsmaschine Parpas Gantry XS mit der gespannten Formplatte und dem eingewechselten 4-mm-Torusfräser ETMP-4040-40-10. Zusammen mit den freigeschliffenen 5 mm wurde die notwendige Auskraglänge von über 14xD erreicht. Zu sehen ist die zweilagige Rippenstruktur, die in nur 353 Std. komplett gefräst wurde.

Ausgabe 02 | 2024

Über 14xD – und trotzdem prozesssicher

MOLDINO Tool Engineering Europe GmbH

Siebenwurst stand vor der Entscheidung: Soll die aufwendige, bis zu 56 mm tiefe Rippenstruktur in die rund 4 m2 grosse Formplatte senkerodiert oder gefräst werden? Der Hightech-Werkzeugbauer aus Dietfurt an der Altmühl entschied sich für Letzteres – und hat über die Hälfte an Zeit und viel Geld gespart. Auch und gerade dank der Unterstützung von Moldino.

Die Herstellung negativer Rippen gehört im Kunststoffformenbau zum Tagesgeschäft. Doch nach wie vor werden diese meist in bewährter Weise senkerodiert, obwohl die Kosten gegenüber dem Fräsen höher sind. Denn viele scheuen das Risiko. Bei der Christian Karl Siebenwurst GmbH & Co. KG in D-92345 Dietfurt an der Altmühl hat man den Schritt in Richtung Rippenfräsen vor einiger Zeit gewagt und nicht bereut. Das oberpfälzische Hightech-Unternehmen spielt nicht nur in Sachen Werkzeugbau in der ersten Liga, sondern auch als Entwicklungspartner, Leichtbauspezialist und Full-Service-Komplettanbieter. «Obwohl wir noch zweigleisig fahren, gewinnt das Rippenfräsen bei uns zunehmend an Bedeutung. Zahlreiche Rippenfelder auf einer 2200x1900 mm grossen Formplatte verteilt – das war schon eine kleine Herausforderung», blickt Xaver Ferstl, Leiter des Toolmanagements bei Siebenwurst, zurück. «Hinzu kam, dass wir hierbei zum grossen Teil Nuttiefen von 56 mm fräsen mussten, was eine Auskraglänge von über 14xD bedeutete.»

Kommt einem Drahtseilakt gleich
Was Xaver Ferstl anspricht, ist die grossformatige Formplatte des Spritzgiesswerkzeugs zur Herstellung eines Batterieträgerkastens für elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge. Denn die Geometrie dieses Batterieträgers hat es in sich: Die Rahmenstruktur ist eine Kombination aus Aluminiumprofilen mit einer hinterspritzten Rippenstruktur. Diese U-Profile sorgen einmal für mechanische Stabilität und verhindern ein Durchknicken. Zudem schützen sie bei einem Unfall die Batterie über die gesamte Länge hinweg vor punktuellen Aufprallkräften. Deshalb wurden zwei Rippenstrukturen übereinander kombiniert, was Siebenwurst eine lokal redundante Strukturauslegung nennt: Die Rippenstruktur ist so ausgelegt, dass von ihr die Aufprallenergie zu grossen Teilen absorbiert wird.
Gemeinsam mit Moldino hatte Xaver Ferstl zunächst die grundsätzliche Vorgehensweise festgelegt – also an welcher Stelle der Platte mit dem Rippenfräsen begonnen wird und welche Schritte folgen. Die geeigneten Fräswerkzeuge waren schnell ausgewählt. Genau genommen war es nur ein Fräser, nämlich der ETMP-4040 mit Ø 4 mm, aber in den beiden verschiedenen Längen 32 und 40 mm. Beim ETMP handelt es sich um ein 4-schneidiges Toruswerkzeug mit 1° Konvexität. Dank der in einem PVD-Prozess aufgetragenen Nano-Schicht TH45+ ist mit diesem Fräser eine Hartbearbeitung von bis zu 60 HRC möglich – bei gleichzeitig sehr hohen Standzeiten. Auch wenn bei diesem Projekt nicht vorgehärteter Vergütungsstahl 1.2738 gefräst wurde – die hohe Standzeit und die damit gewonnene Prozesssicherheit war ein wichtiger Aspekt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Schneide des ETMP einen ovalen Schliff hat. Zwei Schneiden liegen auf Durchmesser und zwei Schneiden liegen unter Durchmesser, damit das Werkzeug sich beim Fräsen beruhigt und die Vibrationen vor allem im Hinblick auf die hohen Auskraglängen, gering bleiben. Ebenso im Eckbereich reagiert das Werkzeug wesentlich entspannter. Das ist gerade bei sehr grossen Auskraglängen wichtig. Denn es musste mit einer Auskraglänge von gut 14xD gefräst werden. Also bis zu 56 mm tiefe Nuten mit einem 4-mm-Ø-Fräser, was schon einem Drahtseilakt gleichkommt.

Gefräst wurde ausschliesslich trocken mit Luftkühlung
Beim Rippenfräsen ist es generell wichtig, dass die Bearbeitung so effektiv wie möglich abläuft. Daher fiel die Entscheidung für einen Schrupp-Schlicht-Schnitt und es wurde aus dem Vollen gefräst, was mit dem ETMP-Fräser problemlos möglich ist. Eine weitere Optimierungsarbeit betraf die Rippengeometrien. In Zusammenarbeit mit der hauseigenen Konstruktionsabteilung sind die Konturen an einigen Stellen so verändert worden, dass diese besser zu fräsen waren.
Bei den nicht so tiefen Rippen kam der etwas kürzere ETMP-Fräser zum Einsatz. Hier wurden die von Moldino vorgeschlagenen Standard-Schnittwerte gefahren. Bei den 56 mm tiefen Rippen war hinsichtlich Drehzahl, Vorschub und Tiefenzustellung hingegen noch etwas Feintuning erforderlich. Denn es ging darum, dass sich jedes dieser Segmente in 5 Std. Fräszeit bearbeiten liess. Schliesslich war das die zuvor ermittelte Standzeit, bei der an der Schneide des langen ETMP-Fräsers noch keinerlei Verschleiss sichtbar war. Mit einem Vor-schub von 2,3 m/min bei knapp 10’000 min-1 und einer Tiefenzustellung ap von 0,1 mm wurden pro Nest diese 5 Std. exakt erreicht. Damit war gewährleistet, im Hinblick auf die Prozesssicherheit jedes einzelne Segment mit einem neuen Fräser herunterfräsen zu können, ohne irgendeine Nacharbeit zu haben. Gefräst wurden alle Rippen ausschliesslich trocken mit Luftkühlung.

Hohe Qualität der gefrästen Seitenflächen
Durch die Methodenwahl Rippenfräsen statt Senkerodieren ergaben sich Kosteneinsparpotenziale von bis zu 30 Prozent in diesem Bereich. Hinzu gekommen waren ausserdem noch die Kosten für den deutlich höheren Polieraufwand. Unter dem Strich ist das Rippenfräsprojekt ein voller Erfolg gewesen. Das betrifft ebenfalls die hohe Qualität der gefrästen Seitenflächen, was für den Entformungsprozess extrem wichtig ist. «Mich beeindruckt immer noch der vibrationsarme Lauf des 4-mm-ETMP-Fräsers – trotz der enormen Auskraglänge von über 14xD. Dass dies so reibungslos funktioniert hat, ist für sich genommen schon ein Highlight», unterstreicht Xaver Ferstl. «Und das bei der Zustellung und Schnelligkeit. Denn wir dürfen nicht vergessen, wir haben pro Rippenfeld nur 5 Std. benötigt.»

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