»Bauteile - etwa im Automobilbereich - und Werkzeuge für die Massivumformung sollen immer länger halten. Sie bestehen deshalb aus hochfesten hochharten Werkstoffen, die sich allerdings auch schwerer bearbeiten lassen. Der europäische Werkzeug- und Formenbau steht damit vor einer großen Herausforderung. Denn die Teile sollen qualitativ hochwertig gefertigt werden, ohne dass dabei die Wirtschaftlichkeit auf der Strecke bleibt«, sagt Dipl.-Ing. Kristian Arntz vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen. In bisherigen Prozessketten im Werkzeug- und Formenbau werden die Werkzeuge gefräst, gehärtet, durch Funkenerosion fertig- und anschließend oft sogar noch von Hand nachbearbeitet. Im EU-Projekt HardPrecision haben die Fraunhofer-Experten zusammen mit zehn europäischen Partnern das fünfachsige Hochpräzisions-Hartfräsen weiter entwickelt.
Neben Komponentenherstellern wie Hemtech Machine Tools aus den Niederlanden, System 3R AB aus Schweden oder der deutschen Walter Dittel GmbH waren Anwender wie die Hirschvogel Umformtechnik, Moldit SA aus Portugal oder Norma BV aus den Niederlanden beteiligt. Von wissenschaftlicher Seite wurden die Fraunhofer-Forscher vom Research Center of Manufacturing Technology der Universität Prag unterstützt. »Wesentliches Ziel war es, die Durchlaufzeiten der Werkzeuge zu reduzieren«, erläutert Arntz. Dazu haben die Forscher zum ersten Mal den gesamten Fräsprozess unter die Lupe genommen - angefangen von CAM- und NC-Technologien über die Werkzeugmaschinen, die Beschichtungen der Werkzeuge und die Prozessüberwachung.
»Bei HardPrecision hatten wir die gesamte Prozesskette im Blick. Unsere Partner haben uns etwa Werkstoffe genannt, mit denen sie künftig arbeiten wollen. Im wesentlichen waren das konventionelle und pulvermetallurgische Kalt- und Schnellarbeitsstähle«, sagt der Experte. Um den gesamten Prozessablauf zu optimieren, haben die Wissenschaftler eine Vielzahl einzelner Arbeitspakete geschnürt. So mussten sie beispielsweise die Prozesstechnologie neu einstellen. Denn eine zentrale Frage im Projekt lautete: Wie bekomme ich kostengünstig die richtige Geometrie in ein Werkzeug? »Der Trend in der Produktion geht dahin, immer komplexere Formen über einen Umformprozess zu erzeugen, etwa bei hochbelasteten Bauteilen für die Lenkung. So müssen im Werkzeugbau immer öfter auch hochkomplexe Formen bearbeitet werden. Dadurch werden aber die benötigten Bearbeitungswerkzeuge und die Auslegung der einzelnen Fräsbahnen immer komplexer«, beschreibt Arntz die Problematik. Die Lösung: Die Maschine wurde an die neuen Bedingungen angepasst, indem die Forscher einen vollhydrostatisch gelagerten Maschinenprototyp optimiert haben. Dazu wurden unter anderem Leichtbaustrukturen integriert sowie die Maschinen- und Steuerungstechnik optimal aufeinander abgestimmt. Ein weiteres Arbeitspaket war die Programmierung geeigneter Frässtrategien zur optimalen Bahnführung für den neuen Herstellungsprozess. Schließlich mussten auch die Fräswerkzeuge selbst und deren Beschichtungen verbessert und eine Vielzahl kleinerer Prozessschritte gelöst werden.
»Auf der EUROMOLD zeigen wir an unserer Maschine die reale Bearbeitung von Werkzeugen und auch die entsprechenden Fräswerkzeuge«, erläutert Arntz. Die Besucher können sich in Halle 8, Stand M122/L113 über das optimierte fünfachsige Hochpräzisions-Hartfräsen informieren.