CAD/CAM Beschleunigung im Formenbau

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Computertechnologie spielt im Formenbau eine entscheidende Rolle. Im CAD entstehen 3D-Modelle, die sich über schnelle 3D-Viewer auswerten und auf Knopfdruck in CAM-Systeme übernehmen lassen. Heck+Becker, Spezialist für Druckgussformen, setzt auf das CAM-System Work-NC, da es schnell und einfach zu bedienen ist – und vor allem zahlreiche, für den Formenbau passende Frässtrategien bietet. Eine ideale Ergänzung ist der schnelle Viewer Work-X-Plore 3D.

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Heck+Becker, Spezialist für Druckgussformen, setzt im Formenbau auf das CAM-System Work-NC von Sescoi.
Heck+Becker, Spezialist für Druckgussformen, setzt im Formenbau auf das CAM-System Work-NC von Sescoi.
(Bild: Heck+Becker/Work-NC)

Druckgussbauteile aus Aluminium sind gefragt wie nie – spielen sie doch eine zentrale Rolle in der Leichtbaustrategie für Motoren und Getriebe. Ein gefragter Partner für die Herstellung von Druckgussformen ist das Unternehmen Heck+Becker aus Dautphetal, das sich seit den 90er Jahren ausschließlich auf den Bau anspruchsvoller Formenwerkzeuge konzentriert. Das Unternehmen bietet zwischenzeitlich ein großes Leistungsspektrum an: Von der Bemusterung bis zur Prototypenproduktion, von Powertrain über große Strukturteile bis zur Erprobung neuester Technologien sowie Prozessoptimierung.

Know-how im Druckguss-Technologie-Center

Das fachspezifische Know-how der Mitarbeiter ist enorm. Auch was das Equipment anbelangt, ist das mittelständische Familienunternehmen bestens ausgestattet. Um den hohen Anforderungen der Kunden in der Automobil- und Zuliefererindustrie gerecht zu werden, hat Heck+Becker zudem die gesamte Firmenpolitik auf die Bedürfnisse der Automobilindustrie ausgerichtet. Ein engpassorientiertes Managementsystem berücksichtigt die von den Kunden geforderten Normen und erlaubt kurze Reaktionszeiten und hohe Flexibilität. Im eigenen Druckguss-Technologie-Center werden die Formen auf einer 3.200 Tonnen Gießanlage erprobt und optimiert.

Wachsende Herausforderungen im Druckgießen

Auf dieser Anlage gießt das Unternehmen fast 80 % aller Formen für Erstmuster ab. Produktionsleiter Ralf Fett, selbst schon seit 1983 im Betrieb tätigt, weiß um die daraus resultierenden Vorteile: „Mit dieser Maschine können wir die Problemstellungen der Kunden selbst erfahren und auf Augenhöhe diskutieren. So sind wir in der Lage, bereits in der konstruktiven Phase Vorschläge zu machen, wie sich die Gussteilqualität verbessern und die Zykluszeit senken lässt.“

Die Herausforderungen im Druckgießen wachsen – in gleichem Maße wie die zu produzierenden Teile. Ralf Fett gibt ein Beispiel für die zunehmende Komplexität: „Wir haben eben die Form für ein Fahrwerksteil hergestellt. Dieses eine Element aus Aluminiumdruckgruss ersetzt elf miteinander verschweißte Stahlteile.“

Formen werden größer

So werden die Formen für das Gießen von Fahrwerks- und Karosseriekomponenten auch immer größer und schwerer. Doch dafür ist Heck+Becker gut gerüstet. Kran- und Maschinenleistung sind für Formen bis zu 80 t geeignet. Selbst im Bereich der Tuschierpressen ist mit einer TUS 400 mit 4000 mm x 3000 mm Aufspannfläche entsprechende Kapazität vorhanden. „Auch unsere Druckgießmaschine ist für große Teile ausgelegt“, ergänzt Ralf Fett. „Von der Aufspannfläche her ist das eine 4100 t-Maschine – meines Wissens momentan die größte in Europa. Das Schussaggregat haben wir mit 3200 t etwas kleiner gewählt, denn für das Gros unserer Aufträge benötigen wir Schließkräfte zwischen 1800 und 3000 t.“

Fortschritt durch CAD und CAM

Nicht nur in der Produktionsausstattung inklusive Druckgießmaschine hat sich Heck+Becker als besonders weitsichtig gezeigt, auch der Entwicklungs-, Konstruktions- und Programmierbereich ist davon betroffen. So erfolgte bereits Anfang der 90er Jahre der Einstieg in moderne CAD- und CAM-Technik: Zunächst investierte das Unternehmen in das CAD-System Catia V3 – vermutlich der direkten Zusammenarbeit mit den Automobilherstellern geschuldet. Nur kurze Zeit später legten die Formenbauer in der NC-Programmierung nach und installierten das CAM-System Work-NC von Sescoi.

Die damaligen Entwicklungen im CAD- und CAM-Bereich revolutionierten den Werkzeug- und Formenbau, davon ist Achim Klein überzeugt, der für die Fertigungssteuerung inklusive der Bereiche CAM, HSC und EDM zuständig ist. Er hat den Wandel seit den 90er Jahren miterlebt: „Was früher Handwerkskunst war, wurde zunehmend von CNC-gesteuerten Maschinen erledigt. Es begann eine Automatisierung der Prozesse und eine Verlagerung in den virtuellen Raum, wovon CAD und CAM besonders betroffen sind.“

Komplexes produzierbar konstruieren

Um früher eine Druckgussform zu erzeugen, wurde zunächst ein Kunststoffmodell hergestellt, das dann mittels Kopierfräsmaschinen und speziellen, oft von Hand angeschliffenen Fräsern negativ in Stahl abgeformt werden musste. Über ein Jahr Produktionszeit war dafür durchaus üblich. Heute wird das Modell am PC erstellt, auf Knopfdruck das Maschinenprogramm generiert und direkt zum fünfachsigen Bearbeitungszentrum übermittelt. Die gesamte Fräsarbeit dauert nur noch wenige Tage bzw. Stunden. Außerdem stehen unterschiedlichste vorkonfektionierte Fräswerkzeuge zur Verfügung, deren Geometrien, Werkstoffe und Beschichtungen hohe Spanraten und beste Oberflächenqualitäten ermöglichen. Für Achim Klein ist klar: „Heutzutage besteht die Kunst darin, die immer komplexer werdenden Bauteile produzierbar zu konstruieren und dann die richtige Wahl bezüglich Maschine, Werkzeug und Programmierstrategie zu treffen.“

CAM-System – Schlüsselstelle in der modernen Zerspanung

Eine entscheidende Rolle innerhalb der Prozesskette zum fertigen Druckgussteil nimmt das CAM-System ein. Die Anforderungen, die eine solche Software erfüllen muss, sind enorm. Sie beginnen bereits an der Schnittstelle zum CAD, wie Ralf Fett erklärt: „Da unsere Kunden unterschiedliche Entwicklungs- und Konstruktionssysteme nutzen, bietet unser CAM-System, also Work-NC, idealerweise Direktschnittstellen zu allen großen Systemen wie Catia, NX, Creo und so weiter. Schließlich wollen wir möglichst alle im CAD hinterlegte Informationen übernehmen, also auch Details zu Gewinden, Passungen, Toleranzen etc.. Das heißt, das CAM-System benötigt auch eine umfangreiche Feature-Erkennung, damit wir möglichst ohne Nacharbeit die Maschinenprogramme erstellen können.“

Ein weiterer entscheidender Punkt ist, dass das CAM-System das breite Werkzeugspektrum – bestehend aus torischen und Kugelfräsern, Plattenwerkzeugen und Vollhartmetall sowie Sonderwerkzeuge – abbilden und geeignete Strategien zur Verfügung stellen muss. „Bei der Vielzahl der heute eingesetzten Hochleistungswerkzeuge ist das ein enormer Aufwand, den die Softwareanbieter betreiben müssen“, ergänzt Achim Klein. Zumal die Entwicklungen gerade in der Werkzeugtechnik mit hohem Tempo voranschreiten.

Von besonderer Bedeutung ist die Kollisionsüberwachung und Simulation im CAM-System. Dazu sollte im Idealfall nicht nur Spindel, Werkzeug, Spannsystem und Werkstück im System abgebildet sein, sondern die komplette Maschine – was bei Work-NC mit jedem beliebigen Maschinenmodell realisierbar ist, sofern ein CAD-Datensatz dazu vorliegt.

CAM-System für den Formenbau

Heck+Becker setzt seit über 20 Jahren das CAM-System Work-NC ein. Der wesentliche Grund für diese Wahl galt damals wie heute: „Work-NC ist das CAM-System für den Formenbau“, da sind sich Ralf Fett und Achim Klein einig. „Man sieht an vielen Funktionen, dass es von Anfang an für unsere Branche konzipiert wurde. Es ist einfach zu bedienen und hält all die speziellen Frässtrategien bereit, die wir benötigen.“

Work-NC ist in seinen Funktionen quasi über die Jahre mitgewachsen, hat sich parallel zur Maschinen- und Werkzeugtechnik sowie zu den Kundenwünschen weiterentwickelt. Zwar gab es in den Versionen 17 bis 19 einige Schwächen, insbesondere hinsichtlich der Schruppbearbeitung, aber diese sind seit ein paar Jahren ausgemerzt, wie Achim Klein bestätigt: „Wir sind froh darüber, dass die Work-NC-Entwickler die Wünsche ihrer Anwender ernst genommen und das System mit Hochdruck wieder auf Kurs gebracht haben.“

CAM-System bietet optimierte Frässtrategien

Bei Heck+Becker ist Work-NC in seiner derzeit aktuellen Version 22 installiert – 64-Bit- und mehrprozessorfähig. Es bietet eine große Zahl optimierter Frässtrategien fürs 2-, 2,5- und 3D-Bearbeiten und vorteilhafte Automatismen für die Drei-, Vier- und Fünfachsbearbeitung. Damit liegt es in der Hand der Programmierer, die optimale Bearbeitung hinsichtlich Qualität und Wirtschaftlichkeit auszuwählen.

Denn das simultane 5-Achs-Fräsen, oft als die einzig wahre Highend-Zerspanung gelobt, ist nicht immer angesagt, wie CAM-Spezialist Klein erklärt: „Innenkerne fräsen wir natürlich simultan auf unseren schnellen neuen Bearbeitungszentren. Doch bei vielen Gehäuseteilen sind 3+2-Achsen-Strategien effektiver, da die Maschine beim Simultanfräsen zu viele unnötige und zeitintensive Achsbewegungen ausführen würde.“ Die richtige Wahl zu treffen, gehört seiner Meinung nach ganz klar zur Kompetenz des Programmierers, der dafür detaillierte Kenntnisse vom Bauteil, den Maschinen und dem Fertigungsprozess benötigt.

Heck+Becker beschäftigt fünf Programmierer, die via Work-NC insgesamt 16 Bearbeitungszentren und weitere Erodiermaschinen mit Programmen versorgen. Sie haben alle praktische Zerspanerfahrung und werden immer wieder zeitweise an den Maschinen eingesetzt. Auch die eigentlichen Maschinenbediener haben größtenteils Work-NC-Kenntnisse. In ihren Händen liegt es, Änderungen und Reparaturen direkt vor Ort zu programmieren.

Viewer sparen Zeit und Laufwege

Für schnelle Analysen und Simulationen stehen den Mitarbeitern an den Maschinen auch Bildschirme und Rechner zur Verfügung, auf denen die Software Work-NC-Viewer läuft. Sie erlaubt es, die CAM-Programmierung vor der Fertigung zu analysieren und zu simulieren und liefert damit mehr Informationen als ausgedruckte Zeichnungen und Prozessberichte. Mit dem Work-NC-Viewer können die Daten für die Maschine postprozessiert, jedoch keine Fräsbahnen geändert werden. Die Maschinenbediener sparen sich Zeit und Laufwege in die Konstruktions- oder Programmierabteilung.

Um auch in anderen Unternehmensbereichen auf schnellstem Weg wichtige Informationen zu den jeweiligen Bauteilen und Druckgussformen zur Verfügung zu stellen, hat Heck+Becker zudem in mehrere Lizenzen des 3D-Viewer Work-X-Plore 3D investiert. Dieses extrem schnelle Software-Tool eignet sich zur direkten Darstellung, Analyse und gemeinsamen Bearbeitung von 3D-CAD-Daten auch ohne die Original-Software.

Viewer prüft Kundendaten

„Wir arbeiten mit Work-X-Plore 3D seit etwa fünf Jahren und dürften wohl auch hier bei den Ersten gewesen sein, die das Potential dieser Software erkannt haben“, sagt Ralf Fett nicht ohne Stolz. Nach dem Testbetrieb im Einkauf, in der Kalkulation und Montage wollten die Heck+Becker-Mitarbeiter nicht mehr darauf verzichten. Sogar in der Programmierung wird Work-X-Plore 3D genutzt, um Originaldaten der Kunden kurz durchzuchecken, bevor die eigentliche Programmierarbeit beginnt. Achim Klein bestätigt: „Es lassen sich aus den 3D-Darstellungen Maße, Winkel, Radien und andere Details viel schneller entnehmen als aus einer Zeichnung.“

Gemeinsam zu weiteren Innovationen

Damit der Fortschritt nicht abreißt, hat sich Heck+Becker entschlossen, mit dem Work-NC-Team offensiv zusammenzuarbeiten. So sind die Formenbauer bereits seit einiger Zeit als Beta-Tester von Work-NC Version 23 aktiv. Ralf Fett argumentiert: „Wir sind von Work-NC begeistert und halten es auch heute für das beste CAM-System für unsere Branche. Doch um als Zulieferant für die Automobilindustrie weiterhin in der ersten Liga zu spielen, müssen wir innovative Entwicklungen vorantreiben. Wir müssen unsere Wünsche und Vorstellungen einbringen und auch eigenes Know-how beisteuern.“ So will er zum Beispiel weitere Verbesserungen am Bohrfeature in Work-NC. „Wenn man zu den Fräsbearbeitungen auch noch die Möglichkeit hat, alle Bohrungen über die Software automatisch zu erledigen, ist das eine zusätzliche Arbeitserleichterung und Zeitersparnis. Dann können wir auf Zeichnungen bald ganz verzichten.“ (mz)

Das Video zeigt verschiedene Möglichkeiten der Programmierung in 3+2 Achsen mit Work-NC.

Sescoi auf der Euromold 2014: Halle 8.0, Stand F22

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