Aluminium mallen in drie weken of minder

Een ervaren matrijzenbouwer bij Phoenix Proto Technologies legt de ontwerpverschillen uit tussen een aluminium mal voor prototypes en een aluminium mal voor productie.

Phoenix Proto Technologies (www.phoenixproto.com) opende anderhalf jaar geleden een winkel met als doel om snel aluminium mallen te produceren voor klanten die prototypes nodig hebben. Gezien het voortdurende gebruik van aluminium bruggereedschappen en een groeiende interesse in aluminium mallen voor productietoepassingen (mede dankzij betere legeringen en kortere productontwerpcycli), is het sindsdien achter het werk aan gegaan voor alle drie deze matrijsproductiescenario's. Dat gezegd hebbende, de aanpak voor het maken van alle soorten aluminium mallen is hetzelfde als de gegarandeerde levertijd van drie weken of minder.

Robert Lammon is de verkoopdirecteur van het bedrijf Centreville, Michigan. Vanaf het begin, legt dhr. Lammon uit, heeft PPT ernaar gestreefd de tijd die aan alle aspecten van het matrijsbouwproces wordt besteed, te verkorten, van offerte tot machinale bewerking tot de productie van plastic onderdelen. Hij zegt dat wat deze strategie aan de bewerkingskant ondersteunt, de standaardisatie is van de belangrijkste matrijscomponenten en apparatuur die zowel bewerkingen op hoge snelheid als een betrouwbare productie zonder licht biedt. Tijdens een recent bezoek legde hij uit hoe de 15-koppige winkel tijd verspilt aan de verschillende fasen van het aluminium matrijzenbouwproces.

Instant prototyping-proces

PPT noemt zijn aanpak voor het maken van mallen Instant Prototype Processing. Het doel is om aluminium mallen te maken zonder het ontwerp van een klant te beperken, en het garandeert de bovengenoemde snelle gereedschapsdoorlooptijd voor onderdelen zo groot als 12 bij 12 bij 4 inch. Naast de vijf CNC-bewerkingscentra heeft het bedrijf vijf Niigata-spuitgietmachines, variërend van 85 tot 330 ton, voor klanten die naast de aluminium gereedschappen ook stalen van plastic onderdelen willen produceren.

Het meeste werk van het bedrijf is afkomstig uit de markten voor medische en consumentenproducten. Offertes voor elke nieuwe opdracht worden binnen een uur na ontvangst van een RFQ aan de klant verstrekt. Zodra het bedrijf een inkooporder ontvangt, komen programmeurs en gereedschapmakers samen om de details van het matrijsontwerp te bespreken, zoals scheidingslijnen, poorten en ventilatieopeningen. Binnen 24 uur na ontvangst van die inkooporder voert het een ontwerpbeoordeling uit met de klant (vaak via de GoToMeeting-webconferentietoepassing) en rondt het de nieuwe taak vervolgens intern af met een pre-toolvergadering. Een recent geïntegreerd computerserversysteem maakt het delen van bestanden tussen alle partijen een eenvoudig proces met slepen en neerzetten, waardoor bestandsoverdrachten die voorheen via e-mail werden uitgevoerd aanzienlijk worden versneld en vereenvoudigd.

De CAM-programmeurs van PPT, die ook matrijsontwerpers zijn, beginnen vervolgens te bepalen hoe kern- en holtefuncties het beste kunnen worden bewerkt, hetzij via EDM of frezen. Het bedrijf heeft standaard inzetstukken voor kern/holte en universele matrijsbases op voorraad. Op die manier kan het onmiddellijk bewerkingstaken voor wisselplaten plannen en instellen zodra het programmeren is voltooid.

De VMC die voor 80 procent van het freeswerk van het bedrijf wordt gebruikt, is een Mikron HSM 600, verkrijgbaar bij GF AgieCharmilles (Lincolnshire, Illinois). PPT koos deze machine om twee hoofdredenen. Ten eerste biedt de spindel van 42.000 tpm de snelheid om snel door zowel het 7075-aluminium dat de werkplaats normaal gesproken gebruikt (soms in geharde toestand) als grafietelektroden voor zijn ram-EDM te snijden. De Mikron-machine is uitgerust met een stofverwijderingssysteem om deeltjes te verwijderen die tijdens de bewerking van grafiet ontstaan. Het bedrijf kiest echter waar mogelijk voor frezen boven EDM om de vereiste elektrodefreesstap voorafgaand aan het branden te elimineren.

De tweede reden waarom de winkel voor de hogesnelheidsmachine koos, was omdat deze een compacte, integrale palletwisselaar bood. Hierdoor kunnen instellingen op meerdere pallets buiten de werkomgeving van de machine worden uitgevoerd terwijl de machine een andere taak uitvoert. Dit maakt ook productie zonder licht mogelijk, waardoor de uitvaltijd van de spil wordt geminimaliseerd en de noodzaak om drie ploegen te bemannen, wordt geëlimineerd. PPT installeert gewoonlijk meerdere bankschroeven op elke pallet en heeft ook een armatuur gecreëerd die meerdere elektroden kan bevatten om het aantal taken te maximaliseren dat de VMC kan uitvoeren zonder tussenkomst van de operator.

Veel freesbewerkingen op de hogesnelheidsmachine vragen om gereedschappen met een kleine diameter. Hoewel ongebruikelijk, is gereedschapsbreuk mogelijk bij het snijden van aluminium. Om te voorkomen dat het gereedschap 's nachts door de lucht wordt gesneden als gevolg van een gebroken gereedschap, vragen machineprogrammeurs vaak om vaker dan normaal gereedschap te wisselen, ook al is de effectieve levensduur van een gereedschap nog niet benaderd.

Prototypevormen stimuleren de aankoop van nieuwe machines

De aluminium mallen die PPT maakt voor prototype- en productietoepassingen verschillen in de manier waarop ondersnijdingen en andere onderdelen van onderdelen in de mallen worden uitgevoerd. In bijna alle gevallen gebruiken prototypematrijzen handladingen om deze functies te creëren in plaats van de mechanische geleiders die gebruikelijk zijn voor productiematrijzen. Handladingen zijn machinaal bewerkte componenten die voor elk schot handmatig in de uitwerpzijde van een mal worden gestoken. Zodra het schot is voltooid, worden de handladingen uitgeworpen met het gegoten plastic onderdeel. Een operator verwijdert de handladingen van het onderdeel en plaatst ze opnieuw in de mal voor de volgende opname.

Deze handmatige tussenkomst is gerechtvaardigd omdat de seriegroottes van prototypes erg klein zijn. Bovendien kunnen matrijzen die met de hand worden belast sneller worden ontworpen en minder kosten dan die met mechanische of hydraulische acties. Een selectie van handladingen wordt getoond in een foto aan de rechterkant. Die prototypevorm creëert een contactschakelaar die 15 ondersnijdingen vereist.

PPT kocht onlangs een Captain vijfassige draaibank van Okuma (Charlotte, North Carolina) met als doel om handladingen en andere kleine matrijscomponenten in één opstelling te bewerken. Dit zal de Mikron VMC vrijmaken om voornamelijk elektroden en kern/holte-inzetstukken te frezen. De draaibank is zeer geschikt om dergelijke componenten te voltooien die taps toelopend en diep kunnen lopen van zowel rechthoekig als rond materiaal.

De andere malafbeelding aan de rechterkant is een productiemal die PPT heeft gemaakt om een ​​hoes te maken van ongevuld nylon. Deze specifieke aluminium mal maakt gebruik van enkele zachtstalen componenten zoals gibs en bodemplaten. PPT vervaardigt echter routinematig matrijzen die volledig zijn gemaakt van aluminium componenten. In deze gevallen zullen aluminium onderdelen die tegen elkaar schuiven een harde coating krijgen voor een betere slijtvastheid en een langere levensduur van het gereedschap.

De heer Lammon gelooft dat de vraag naar aluminium mallen voor prototyping-toepassingen sterk zal blijven. Hij wijst er echter snel op dat een toenemend aantal grote fabrikanten zich begint te realiseren dat aluminium matrijzen in vergelijking met staal sneller kunnen worden gemaakt, minder kosten en snellere spuitgietcyclustijden mogelijk maken dankzij betere thermische eigenschappen.

Het is niet ongebruikelijk dat de aluminium mallen van vandaag 1 miljoen schoten opleveren, zegt de heer Lammon, wat voldoende zou kunnen zijn om te voldoen aan de productie-eisen voor een bedrijf dat zijn producten voortdurend bijwerkt of nieuwe introduceert. Hij gokt erop dat dit zal leiden tot extra werk voor PPT, aangezien deze bedrijven de voordelen realiseren die aluminium mallen bieden voor zowel prototypes als productie.