Die hohe Kunst Kunststoff zu zerspanen

Centroplast in Marsberg im Sauerland liefert neben Kunststoff-Halbzeugen auch fertig bearbeitete Einzelteile. Seit Einführung der CAD/CAM-Software Virtual Gibbs hat die Komplexität der gefertigten Teile um einiges zugenommen, die Angebotspalette konnte wesentlich erweitert werden. Die Software deckt die Anforderungen, die der Werkstoff Kunststoff an die Bearbeitungsverfahren stellt, optimal ab.

Bei der Herstellung von Kunststoffteilen denken viele zunächst an Spritzguss. Doch Spritzguss erfordert Stückzahlen, damit sich die Herstellung eines entsprechenden Formwerkzeugs rechnet. Einzelteile oder geringe Stückzahlen entstehen hingegen aus extrudiertem Ausgangsmaterial, das gefräst, gebohrt oder gedreht wird. Kunststoff zu zerspanen scheint auf den ersten Blick eine eher einfache Aufgabe zu sein, nach dem Motto: Kommt man mit hartem Material wie Stahl zurecht, funktioniert es auch mit weichem. Diese Vorstellung mag bei geringen Ansprüchen und einfachen Teilen noch stimmen. Doch Kunststoffteile werden immer komplexer, die Ansprüche an Präzision und Funktionalität höher. Denn: Kunststoff löst immer häufiger Metall ab, die mechanischen Eigenschaften lassen es heute zu. Das hat auch damit zu tun, dass Kunststoff in ähnlicher Weise ‚vergütet’ werden kann wie Stahl.

Zerspanung immer wichtiger

„Kunststoffe lassen sich in vielfacher Weise modifizieren und an spezielle Einsatzbedingungen anpassen“, erklärt Winfried Metzner, Fertigungsleiter Zerspanung bei der Centroplast in Marsberg, „sie lassen sich beispielsweise schmier- oder leitfähig machen, UV-beständig oder mit Glasfasern verstärken. Wir sprechen in diesem Zusammenhang von technischen Kunststoffen, verwendbar für Zahnräder, Lager, Ventilatorenlaufräder, tragende Bauteile und vieles mehr.“ Kurzum: die Zerspanung von Kunststoffen wird neben anderen Verarbeitungsmöglichkeiten immer wichtiger, typische Anwendungen finden sich im Flugzeug- und Fahrzeugbau, in bestimmten Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus, wo leichte Konstruktionen erwünscht sind. Auch aus der Medizin- oder Lebensmitteltechnik ist Kunststoff nicht mehr wegzudenken. Kunststoffe erfüllen in hervorragender Weise die Hygiene- und Verträglichkeitsanforderungen im Krankenhaus, in der ärztlichen Praxis oder in der Küche.

Vom Rohmaterial bis zum Einzelteil

Ähnlich wie im Metallumfeld liefern die meisten Kunststoffspezialisten entweder Rohmaterial oder Bauteile. Centroplast ist eines der wenigen Unternehmen, das beides liefert. Die Halbzeuge, teilweise auf selbst entwickelten Extrusionsmaschinen produziert, sorgen zwar für den Löwenanteil des Umsatzes, doch haben die Fertigteile in den letzten Jahren beachtlich zugelegt. „Wir konzentrieren uns auf schwierige Einzelteile, Prototypen oder kleinere Serien“, betont Winfried Metzner, „dabei decken wir die komplette Prozesskette ab, von der Konstruktion bis zur Fertigung.

Die Kombination aus Werkstoff-, Konstruktions- und Fertigungs-Know-how ist ein besonderer Bonus, von dem die Auftraggeber profitieren. Metzner fährt fort: „Wir bearbeiten in der Teilefertigung unsere eigenen Kunststoffe, die auch sonst dem Markt zur Verfügung stehen. Die Erfahrungen, die wir auf dem Gebiete der Extrusion oder Zerspanung machen fließen wieder zurück in die Extrusion oder Zerspanung.“ Auf die Frage, mit was für Werkzeugen Kunststoff eigentlich bearbeitet werde, antwortet der Fertigungsleiter: Überwiegend mit Werkzeugen aus der Aluminiumzerspanung. Wichtig seien hoch positive Schneidengeometrien, scharfe Schneidkanten und große Spanräume. Die Schnittwerte sind übrigens reine Erfahrungssache, Tabellen zum Nachschlagen gibt es nicht, oder sie sind viel zu grob.

Neben zahlreichen anderen Werkzeugmaschinen liefern drei moderne 5-Achsen-Bearbeitungszentren derzeit den Output in der Teilefertigung bei Centroplast. Der Maschinenpark steht dem von Metallbetrieben in nichts nach. Die Forderung nach Produktivität ist schließlich dieselbe. Da das CAD/CAM-System ein zentrales Prozesskettenglied darstellt, entschied sich das Unternehmen vor etwa vier Jahren für die Anschaffung einer neuen Software. Die Wahl fiel auf der CAD-Seite auf Solid Edge, auf der CAM-Seite auf Virtual Gibbs des Herstellers Cimatron. Im CAM-Bereich wurde zuvor noch manuell programmiert. „Eine zeitaufwändige Angelegenheit, welche das Bauteilespektrum sehr einschränkte“, berichtet Mario Franz, Technische Arbeitsvorbereitung. Die Nutzung der einzelnen CAM-Module folgte nach und nach. Mario Franz: „Wir begannen mit dem 3-Achsen-Modul, dann folgten die 3D-Funktionalitäten, vor eineinhalb Jahren kam die 5-Achsen-Bearbeitung hinzu.“ Die Multitasking-Bearbeitung auf Dreh-Fräszentren mit stehenden und angetriebenen Werkzeugen ist derzeit in Vorbereitung. Für diesen Maschinentyp gibt es ein spezielles Modul, ein Highlight der Software.

Material mit Eigenleben

Die Erwartungen, welche die Fertigungsverantwortlichen speziell an die CAM-Seite stellten, wurden inzwischen voll erfüllt. Das System öffnete dem Unternehmen neue Märkte. „Komplexe Teile, an die wir uns früher nicht gewagt hätten, sind durch den Einsatz von Virtual Gibbs möglich geworden“, blickt Winfried Metzner zurück. Der Fertigungsleiter nimmt ein repräsentatives Bauteil aus dem Fundus: eine Bedienkonsole für ein Liquodrainagesystem aus der Medizintechnik. Die Konsole wird in zwei Aufspannungen mit 3+2-Achsen bearbeitet, der Werkstoff ist PET. Die Anzahl der benötigten Werkzeuge liegt bei 22: Fräser, Bohrer, Gewindewerkzeuge. Die Gesamtbearbeitungszeit beträgt 42 min. Zwar werden auch schon Bauteile mit Freiformflächen mittels 5-Achsen-Simultanbearbeitung produziert, beispielsweise Laufräder, aber Teile, die mit 3 Achsen oder 3+2 Achsen hergestellt werden, seien das Tagesgeschäft, bestätigen die Fertigungsverantwortlichen. Kunststoff neigt in vielen Fällen zu Überraschungen. „Spannungen bewirken, dass das Material sehr stark arbeitet, mehr als Metall oder Holz“, erklärt Winfried Metzner. Auch die Oberflächen erfordern einen fachmännischen Blick. Wenn Werkzeuggeometrien oder Schnittdaten nicht exakt passen, beginnt das Material schnell zu reißen. Die Schnittaufteilung in Vor- und Fertigbearbeitung ist aus diesen Gründen besonders wichtig. Wo und wieviel Aufmaß zweckmäßig ist, um dem Material sein allzu reges Eigenleben zu nehmen – darauf verstehen sich der Fertigungsleiter und sein Team.

Volle Transparenz über den gesamten Prozess

Die relative Unberechenbarkeit mancher Kunststoffe machen teilweise kurzfristige Änderungen in der Schnittaufteilung oder Bearbeitungsreihenfolge notwendig. „Das ist mit Virtual Gibbs kein Problem“, bekräftigt Mario Franz, „da Bearbeitungsschritte einfach mit drag-and-drop verschoben werden können.“ Die Programmierung des Vorfräsens ist über eine Aufmaßfunktion denkbar einfach zu bewerkstelligen. „Früher fehlte die Kontrolle, wenn wir Aufmaße berücksichtigen wollten. Das Rohteil wird transparent dargestellt, und wir können das darunter liegende Werkstück in jeder Bearbeitungsphase betrachten und beurteilen“. Auf diese Weise lässt sich leichter entscheiden, wo mehr oder weniger Aufmaß zugegeben werden muss. Ähnlich einfach erfolgt auch die Programmierung des Entgratens. Entgratet wird mit einem einschneidigen Stichel, der die Kanten abfährt. Bei manueller Programmierung schleichen sich bei diesem Prozess schnell Fehler ein. Das System hingegen vergisst keine Kante und bricht keine Kante über das vorgesehene Maß hinaus.

Das Fazit: Virtual Gibbs ist ein einfach zu handhabendes CAD/CAM-System, gerade wenn es auf Flexibilität ankommt.W

www.cimatron.de

www.centroplast.de