Mittwoch, 18. Mai 2011

CAD/CAM-System für Aluminium-Strangpress-Werkzeuge

Strangpresswerkzeuge für Aluminiumprofile herzustellen, ist eine Wissenschaft für sich. Um die Qualität der Profile zu optimieren, sind an den Werkzeugen nach dem Probepressen evtl. noch kleinere Korrekturen erforderlich. Die 3D-CAD/CAM-Lösung TopSolid erlaubt es der EXCO Extrusion Presswerkzeuge GmbH, diese Änderungen schneller in den Konstruktionsmodellen nachzuziehen und ihren Kunden bei der Fertigung von Folgewerkzeugen eine sehr hohe Wiederholbarkeit zu garantieren.

 Beim Strangpressen von Aluminiumprofilen werden die Werkzeuge auf ca. 480 Grad erwärmt und Aluminiumblöcke mittels eines Pressstempels und einer Pressscheibe durch ein Werkzeug aus Warmarbeitstahl gedrückt, die den Profilen ihre Kavität und äußere Form geben. Die Herausforderung bei der Konstruktion und Fertigung dieser Strangpress-werkzeuge besteht darin, bei komplex geformten Querschnitten mit mehreren Durchbrüchen und unterschiedlichen Wandstärken einen gleichmäßigen Materialdurchfluss und eine nahtlose Verschmelzung des Materials sicherzustellen, damit sich die bis zu 50 Meter langen Profile nach dem Austritt aus dem Werkzeug nicht verformen und auch keine sichtbaren Nahtstellen aufweisen. Je nach Aluminiumlegierung und Pressgeschwindigkeit werden die Schwundmaße unter Berücksichtigung der Toleranzen ausgelegt.
Strangpresswerkzeuge zu konstruieren und zu fertigen, erfordert viel Erfahrung. „Der Durchfluss lässt sich noch nicht am Rechner simulieren, weil beim Strangpressen einfach zu viele Einflussfaktoren berücksichtigt werden müssen. Neben dem Werkzeug spielen die Zusammensetzung des Aluminiums, die Temperatur des Blocks, die Pressenausrichtung und der optimale Prozess an der Presse eine wichtige Rolle“, sagt Marc Brian Schuhmacher, Geschäftsführer der EXCO Extrusion Presswerkzeuge GmbH in Obertshausen. Um ein optimales Ergebnis zu erzielen, muss manchmal an den Werkzeugen nach dem Probepressen noch korrigiert werden - je nach Art und Umfang entweder durch die Korrekturabteilung des Strangpresswerks oder durch den Werkzeughersteller. Das erfordert eine enge Abstimmung zwischen beiden Partnern, insbesondere wenn die Ergebnisse dieses Optimierungsprozesses bei der Konstruktion von Folgewerkzeugen berücksichtigt werden sollen. Strangpress-werkzeuge unterliegen nämlich einem gewissen Verschleiß durch die beim Pressen entstehende Reibung, wodurch, bei hoher Tonnage, Folgewerkzeuge notwendig werden .
Pionier bei den Presswerkzeugen
Die 1964 als Ableger der internationalen EXCO-Gruppe gegründete EXCO Extrusion Presswerkzeuge GmbH in Obertshausen zählt zu den Pionieren unter den Herstellern von Strangpresswerkzeugen in Deutschland. Als relativ kleiner Anbieter mit derzeit ca.50 Mitarbeitern hat sich das Familienunternehmen in einem wettbewerbsintensiven Umfeld einen Namen als Spezialist für komplexe, kundenspezifische Profile gemacht, wie sie vor allem im Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau, aber auch im Fenster- oder Fassadenbau verwendet werden. EXCO Extrusion arbeitet mit vielen namhaften Strangpresswerken in Europa zusammen und ist auch international aktiv, wie Schuhmacher sagt. „Wir machen natürlich auch Werkzeuge für Standardprofile, aber unsere Spezialität sind Sonderkonstruktionen nach Kundenanforderungen.“
Viel Zeit haben die zwölf Mitarbeiter in Konstruktion und CAM-Programmierung nicht, um die Kundenanforderungen umzusetzen. Die Liefertermine vom Eingang des Lastenhefts mit der 2D-Zeichnung des Profils und den Vorgaben bezüglich Aluminiumlegierung, Werkzeugdurchmesser, Werkzeughalter, Pressdruck, Pressgeschwindigkeit etc. bis zur Ablieferung des fertigen Werkzeugs liegen im Schnitt bei zehn bis fünfzehnTagen.. Um den zeitaufwand für die Projektabwicklung zu minimieren, nutzte EXCO Extrusion für Konstruktion und NC-Fertigung der Werkzeuge bislang eine speziell entwickelte 2D-Software mit optimaler Anbindung an die Auftragsabwicklung, die allerdings den Nachteil hat, dass sich nachträglichen Änderungen an den Werkzeugen nur mit gewissem Aufwand einpflegen lassen, da es kein vollparametrisches System ist.
60 bis 70 Prozent der in Obertshausen entwickelten und gefertigten Werkzeuge sind eigentlich Unikate, auch wenn sie bedingt durch den Verschleiß, vielleicht ein paar Jahre später in evtl. optimierter Form nochmals gebaut werden. Im Jahr 2008, in dem die Firma rund 2.500 Strangpresswerkzeuge auslieferte, lag der Anteil der Folgeaufträge immerhin bei 30 bis 40 Prozent. „Unsere Kunden schätzen unsere durchgängigen Informationsprozesse, die es uns erlauben, auf das bei früheren Projekten gewonnene und in der Datenbank gespeicherte Know-how zurück zu greifen und ihnen gleich ein optimiertes Werkzeug anzubieten. Dadurch haben sie weniger Probeaufwand, was Zeit und Geld spart.
Mehr Flexibilität bei Änderungen
Die Möglichkeit, bestimmte Werkzeuge bzw. Werkzeugteile einfacher ändern und die davon abgeleiteten NC-Programme schneller aktualisieren zu können, war der ausschlaggebende Grund für die Anschaffung der durchgängigen 3D-CAD/CAM-Lösung TopSolid von MISSLER Software. Abgesehen von der guten Unterstützung der bei EXCO Extrusion eingesetzten Fertigungsverfahren sprach für die Software der Umstand, dass einer der Anwender ihre Vorzüge bei der Konstruktion von Strangpresswerkzeugen kennen und schätzen gelernt hatte: „Ich habe schon mit verschiedenen CAD-Systemen gearbeitet, aber keines bietet bei Modelländerungen so viel Flexibilität wie TopSolid, ohne dass die Assoziativität zur CAM-Geometrie verloren geht. Dadurch kann man die NC-Programme sehr schnell aktualisieren“, versichert Projektleiter Erwan Godard. „CAD- und CAM-Funktionen sind optimal integriert. Man sieht, dass die Funktionalität mit Blick auf die Anforderungen der Mitarbeiter in der Werkstatt entwickelt wurde.“
Vor drei Jahren beschaffte EXCO Extrusion die ersten TopSolid-Lizenzen, die auf drei Konstruktions- und Programmier-Arbeitsplätzen parallel zu der proprietären 2D-Lösung genutzt werden. Derzeit sind vier Anwender in Konstruktion und CAM-Programmierung auf TopSolid geschult und arbeiten regelmäßig mit der Software. Installiert wurde die Lösung von MISSLER-Vertriebspartner WeSt, der auch die Postprozessoren für die Anbindung an die Fräszentren und der Drahterodiermaschine programmierte bzw. an die Anforderungen der Firma anpasste. „Wir haben ein sehr partnerschaftliches Verhältnis mit dem Mitarbeiter der Firma WeSt, der sehr schnell auf unsere Fragen reagiert und uns oft über Netviewer online die Lösung zeigt“, lobt Godard.
Die Anwender nutzen TopSolid unter anderem, um die Graphite-Elektroden für das Senkerodieren komplex geformter Einlaufkanäle zu konstruieren und zu fräsen. Diese Elektroden müssen nämlich absolut identisch sein, was bei dem früheren Prozess mit mehreren, zum Teil manuellen Operationen relativ schwierig war und vor allem viel Zeit kostete. Um die Kanallängen variabel erodieren zu können, hat die Firma WeSt eine Zusatzfunktion programmiert. Sie ermöglicht es den Konstrukteuren, die Länge des Kanals bzw. die Höhe der Elektrode über eine frei gezeichnete 3D-Kurve zu definieren. „Die Kurve ist voll assoziativ zum CAM-Modell, das heißt wenn ich sie an einer bestimmten Stelle ein paar Millimeter höher oder tiefer ziehe, passen sich die Fräsbahnen für die Erzeugung der Elektrode automatisch an“, erläutert WeSt-Geschäftsführer Ulrich Alt.
Automatisierte CAM-Programmierung
Der MISSLER-Vertriebspartner unterstützte die Anwender auch bei der Programmierung von verschiedenen Makros, mit denen sie Bearbeitungsfolgen wie zum Beispiel das Taschenfräsen schneller programmieren können. Statt die einzelnen Bearbeitungsschritte interaktiv auswählen zu müssen, leitet das System den Programmierer durch einen Dialog und schlägt ihm bestimmte Operationen vor, die er akzeptieren oder ablehnen und durch eigene Operationen ersetzen kann. „Selbst bei speziellen Werkzeugen nimmt mir das Makro 70 Prozent der Programmierarbeit ab, was für uns sehr wichtig ist“, sagt Godard. „Wir fertigen keine Serienteile, sondern viele unterschiedliche Komponenten, und müssen deshalb in der CAM-Programmierung unbedingt schnell und zuverlässig sein. Mit TopSolid können wir zu 99 Prozent sicher sein, dass die Bearbeitung korrekt berechnet wird. Außerdem haben wir die Möglichkeit die NC-Programme gleich auf Kollisionen zu prüfen, da wir direkt in der Maschinenumgebung programmieren.“
Die Optimierung der NC-Programme unter dem Gesichtspunkt der Maschinenlaufzeit spielt für EXCO Extrusion keine extrem wichtige Rolle, eben weil die Firma keine Serienteile fertigt. Dessen ungeachtet trägt TopSold bei der Fertigung von bestimmten Komponenten ganz maßgeblich zu einer schnelleren Bearbeitung bei, wie Godard erläutert: „Wir gewinnen dadurch Zeit, dass wir für die Bearbeitung bestimmter Konturen nicht mehr drei oder vier unterschiedliche Operationen benötigen - Fräsen, Erodieren, noch mal Fräsen und vielleicht auch noch Polieren -, sondern sie gleich auf einer CNC-Fräse schruppen und mit hoher Oberflächenqualität schlichten können
Wettbewerbsfähiger dank TopSolid
Der Anteil der mit TopSolid modellierten und programmierten Komponenten wird nach Einschätzung Godards kontinuierlich zunehmen, zumal die Begeisterung für das neue 3D-System inzwischen auch viele seiner Kollegen erfasst hat. Im Konstruktionsprozess findet ein Umdenken statt. Die Konstrukteure sehen die Zeitvorteile in der Fertigung und legen ihre Bauteile nach Möglichkeit gleich für die Fräsbearbeitung aus, statt für das Senkerodieren mit komplex geformten Elektroden. Marc Brian Schuhmacher geht davon aus, dass die Firma in zwei Jahren etwa 40 bis 50 Prozent ihrer Aufträge mit TopSolid bearbeiten wird. „Die Software ist sehr gut, aber muss noch weiter auf unsere Betriebsabläufe abgestimmt werden. Das betrifft insbesondere die Anbindung an unsere Datenbank, in der wir seit 15 Jahren alle auftragsrelevanten Informationen einschließlich der NC-Programme ablegen.“
Für den Geschäftsführer von EXCO Extrusion ist die Anschaffung von TopSolid zugleich eine Zukunftsinvestition, um leichter neue Mitarbeiter zu finden, die vielleicht gar nicht mehr in 2D zu konstruieren gelernt haben, und das Unternehmen wettbewerbsfähiger zu machen. „Der 3D-Einsatz ist sicher sinnvoll, auch wenn er sich, gemessen an den Entwicklungszeiten, für uns nicht bei jedem Auftrag lohnt. Aber wir bieten unseren Kunden dadurch einen Zusatznutzen, den er nicht überall bekommt. Ich gehe davon aus, dass die Abstimmung mit den Korrekturabteilungen immer mehr am Bildschirm erfolgen wird. Mit dem 3D-Modell vor Augen ist es viel leichter darüber zu sprechen, wo wir am Werkzeug mögliche Anpassungen vornehmen sollen. Die Wiederholbarkeit steht für unsere Kunden und für uns nämlich immer an erster Stelle.