Wie Fischer mit Moldino das Graphitfräsen optimiert hat

Beim Elektrodenfräsen kommt bei Fischer Werkzeugbau seit vielen Jahren eine Fertigungszelle zum Einsatz, in der auch gemessen und erodiert wird. Um das Graphitfräsen noch weiter zu optimieren, hat das Unternehmen mit Moldino Tool Engineering alle Prozesse geprüft und zu großen Teilen verbessert. Das Ergebnis: dreimal höhere Vorschübe, gesunkene Fertigungskosten und einer höhere Maßhaltigkeit.

Das anwendende Unternehmen: die Fischer Werkzeug- und Formenbau GmbH

Die Fischer Werkzeug- und Formenbau GmbH darf sich mit der begehrten Auszeichnung ‚Werkzeugbau des Jahres‘ schmücken. Verliehen wurde ihr der Preis im November 2020 in der Kategorie ‚Interner Werkzeugbau über 50 Mitarbeiter‘. Der 1954 gegründete Werkzeugbau agiert seit 2015 als eigenständige GmbH, versteht sich aber als Teil der Unternehmensgruppe Fischer, zu der auch die weltweit bekannten Befestigungssysteme zählen. Der Hauptsitz des insgesamt 120-köpfigen Bereichs befindet sich mit 58 Beschäftigten in Horb am Neckar, darüber hinaus gibt es drei weitere Standorte.

Der Werkzeugbau bedient sowohl die Unternehmensgruppe als auch externe Kunden mit Neuanfertigungen von Pilot- und Serienwerkzeugen sowie mit Reparaturen. In Horb entstehen überwiegend Spritzgusswerkzeuge für die Befestigungstechnik und den Automotive-Bereich, außerdem Silikonkartuschenwerkzeuge für die Chemie-Befestigungstechnik. Dabei kommen hauptsächlich Verfahren wie Ein- und Mehrkomponententechnik bis hin zu 3K, Indumold (induktive Werkzeugerwärmung) oder Gasinnendruck zum Einsatz.

„Aber auch schon mal das Mold Labeling, die Duroplast-Verarbeitung oder das eine oder andere Oberflächenverfahren. Außerdem werden in Horb Stanzbiegewerkzeuge für die Schwerlastbefestigungstechnik gefertigt“, berichtet Thomas Brezing, Teamleiter Fräsmaschinen bei Fischer Werkzeug- und Formenbau, und ergänzt: „Beim autonomen Elektrodenfräsen in der Fertigungszelle hatten wir eigentlich schon einen sehr hohen Stand erreicht. Trotzdem gibt es noch Luft nach oben – und da wollten wir ran.“

Ebenso wie ein großer Teil der Hartbearbeitung findet das Elektrodenfräsen bei Fischer in der gut 16 Meter langen Fertigungszelle statt. Zwei fünfachsige Bearbeitungszentren zum Graphitfräsen (Makino V33i Graphite) sowie zur Stahl-Hartbearbeitung (Makino D 500) sind hier mit den beiden Senkerodiermaschinen (Makino EDAF 3), der Teilewaschanlage, dem Koordinatenmessplatz (Zeiss Contura) und den Lagerplätzen über einen auf Linearschienen geführten Knickarmroboter (Kuka) verkettet. Am Standort Horb werden in dieser Zelle alle benötigten Elektroden, auch für die EDM-Anlagen außerhalb, hergestellt.

Das Verbesserungspotenzial: Weniger Verschleiß und kürzere Bearbeitungszeiten gewünscht

Fischer war mit dem damaligen Ist-Zustand zwar nicht unzufrieden und hatte auch nicht direkt Probleme, sah aber Verbesserungsbedarf: Zum einen beim hohen Verschleiß, weshalb man viele Werkzeuge im Jahr kaufen musste. Hinzu kam der Wunsch nach kürzeren Bearbeitungszeiten.

Ein besonders heikler Punkt war die Maßhaltigkeit, denn es gab innerhalb einer Serie immer wieder Toleranzüberschreitungen. Diese wurden zwar beim prozessinternen Koordinatenmessen der Kontur aufgedeckt, was aber Nacharbeit einschließlich des Aufwands für die Korrekturprogramme nach sich zog. Für die Fräsprogrammierung setzt Fischer übrigens auf die Lösungen von Siemens NX, mit dessen parametrischen 3D-System auch die Werkzeuge konstruiert werden.

Johannes Zimmermann betreut den Fischer Werkzeugbau als Prozessoptimierer von Moldino. Das japanische Unternehmen für Präzisionswerkzeuge mit Europasitz in Hilden bei Düsseldorf hat sich auf die Bedürfnisse des Werkzeug- und Formenbaus spezialisiert.

Beim Graphitprojekt ging Zimmermann – wie zuvor bei der Hartbearbeitung – wieder nach der von Moldino speziell für den Fräsbereich entwickelten Production50-Methode (P50) vor. „Dabei geht es darum, gemeinsam mit den Kunden die bestehenden Fräsprozesse zu analysieren, um mit diesen Einblicken eine neue Perspektive auf den gesamten Fertigungsprozess zu erhalten“, erläutert der Prozessoptimierer. „Durch diese ganzheitliche Betrachtungsweise identifizieren wir Verbesserungspotenziale. Diese können nachhaltig verbessert sowie in ausführlichen Wirtschaftlichkeitsberechnungen festgehalten werden und zeigen den Unternehmen den Mehrwert dieser Umstellung auf.“

So lief die Prozessoptimierung ab

Im ersten Schritt der Prozessoptimierung steht die Ist-Analyse: Dafür wurden Zimmermann von Brezing vier unterschiedliche Elektroden für die Identifizierung von Optimierungspotenzial genannt. Dabei untersuchte er nicht nur die bisherigen Fräsparameter wie Bearbeitungsstrategien, Werkzeugauswahl oder Schnittwerte, sondern auch welchen Einfluss die NC-Programme auf das Verhalten der Maschine haben. Denn gerade diese Parameter beeinflussen die Dynamik und Laufzeit der Prozesse.

Dabei ist aufgefallen, dass beim Schruppen die Strategien und das Aufmaßverhalten nicht im Einklang waren. So musste das Schlichtwerkzeug eine große Menge Material wegnehmen, was zu Problemen bei der Maßhaltigkeit führte. Um diese doch noch zu erreichen, ist man daher in den kleinen Bereichen mit dem Vorschub immer weiter heruntergegangen; daraus resultierten längere Bearbeitungszeiten.

Zusammen mit Helmut Spieß, CAM-Programmierer und Fachmann des automatischen Graphitfräsens bei Fischer Werkzeugbau, feilte Zimmermann an den CAM-Strategien und testete verschiedene Torus- und Kugelfräser Kombinationen der diamantbeschichteten D-EPDR und D-EPDB-Reihe von Moldino.

Um die Prozessnähe zu gewährleisten, fanden alle Tests auf der fünfachsigen Makino V33i statt. „Wir haben dann beim Schruppen gegenüber früher die Aufmaße stark verringert und gehen näher an das Endmaß heran. So konnten wir den Vorschub verdreifachen und haben weniger Verschleiß“, beschreibt Spieß und verweist auf die Vorschubwerte Vf für die Kugelwerkzeuge mit zehn Millimeter Nutzlänge zum Schlichten: „Hier wurden früher 733 Millimeter pro Minute gefahren, heute machen wir das mit dem Moldino D-EPDB-2010-10 mit 2.200 Millimeter pro Minute – und das auch in engsten und kleinsten Bereichen.“

Ein Teil der Optimierungen beinhaltet auch die Prüfung der Werkzeugdatenbank sowie die Abstufung der Werkzeuge. Da beim Schlichten jetzt kürzere Nutzlängen eingesetzt werden, entsteht weniger Deflektion und im Ergebnis eine höhere Genauigkeit sowie ein verbessertes Endmaß. So wird die Maßhaltigkeit auch auf längere Sicht garantiert, was ebenfalls ein Ziel des Projekts war.

Von Bedeutung ist zudem ein homogenes Aufmaß, also dass beim Graphitfräsen immer mit dem gleichen Wert gearbeitet wird, damit auch in Serie eine stets reproduzierbare Qualität erreicht wird. Außerdem tragen die verbesserten Anfahrtsstrategien beim Schlichten zur Steigerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit bei. Wichtig ist insbesondere das richtige Zusammenspiel aller Parameter.

Neben den neu entwickelten Bearbeitungsstrategien war auch die Qualität der jetzt verwendeten Moldino-Werkzeuge entscheidend für den Projekterfolg. „Die diamantbeschichteten Torus- und Kugelfräser der D-EPD-Reihe sind speziell für die Graphitbearbeitung ausgelegt und decken einen breiten Durchmesserbereich von 0,1 bis 10 Millimeter ab.

Das Portfolio enthält dabei Nutzlängen bis 30xD“, fasst Zimmermann zusammen. „Ein Alleinstellungsmerkmal ist die nach hinten verjüngte, tropfenförmige Seitenschneide (DC weniger vier Millimeter), auch Backdraft genannt. So hat die Seitenschneide weniger Kontakt, was den Seitenschnittdruck und damit die Deflektion reduziert und schlussendlich für mehr Maßhaltigkeit sorgt.“ Im Ergebnis werden deutlich bessere Oberflächen erzielt, da der Backdraft die Vibrationen (Eigenfrequenz) verringert.

Das konnte mit der Umstellung erreicht werden

Die Werkzeuge von Moldino haben sich in Horb absolut bewährt. So betrachtet man bei Fischer denn auch als eines der Highlights bei diesem Projekt, dass bei der Graphitbearbeitung mit kleinen Kugelwerkzeugen hohe Vorschübe gefahren werden können. Beim Schlichten hat der Werkzeugbau den Vorschub um den Faktor drei erhöht und ist trotzdem noch maßgenauer. Bei gleicher Standzeit gegenüber früher arbeitet Fischer mit den Moldino-Diamantwerkzeugen dreimal so viel ab. Die Spezialisten in Horb haben die kleinen Werkzeuge also richtig auf Touren gebracht. Aber auch die Betreuung durch Moldino beurteilen sie sehr positiv.

Besonders stolz ist Fischer zudem auf die enorme Zeitersparnis, die erreicht wurde: Früher hat man zum Fräsen der Projektelektrode 265 Minuten benötigt, jetzt sind es nur noch 185 Minuten. Das wirkt sich positiv auf die Fertigungskosten aus, weil in der gleichen Zeit mehr zerspant und zudem weniger Werkzeuge eingesetzt werden. „Denn bisher sind bei dieser Projektelektrode sieben Werkzeuge zum Einsatz gekommen, jetzt machen wir es mit vier.

Auf diese Weise sind die Beschaffungskosten für die Werkzeuge gesunken – weniger Werkzeuge bedeuten auch weniger Rüstaufwand“, zieht Brezing ein positives Fazit. „Die Manpower, die wir für das Rüsten, also Voreinstellen und Wechseln der Werkzeuge benötigen, ist ebenfalls geringer geworden. Dies ist von Vorteil bei der Vorbereitung auf den mannlosen Wochenendbetrieb und steigert damit deutlich die Wirtschaftlichkeit des Unternehmens Fischer.“

Quelle: Moldino Europe GmbH