Snelle aluminium moldproductie in onder drie weken

Een ervaren moldbouwer bij Phoenix Proto Technologies legt ontwerpverschillen uit tussen een aluminium mold voor prototypes en een aluminium mold voor productie.

Phoenix Proto Technologies (www.phoenixproto.com) opende een half jaar geleden winkel met het doel om snel aluminium molds te produceren voor klanten die prototypes nodig hebben. Naarmate het voortging op het gebruik van aluminium bridge tooling en een groeiende interesse in aluminium molds voor productietoepassingen (deels dankzij betere legeringen en kortere productontwerpcycli), is het daarna op zoek gegaan naar werk voor al drie van deze moldbouwscenario's. Dat gezegd hebbende, is de benadering voor het creëren van alle typen aluminium molds hetzelfde als de gegarandeerde levertijd van drie weken of minder.

Robert Lammon is de sales director voor het Centreville, Michigan bedrijf. Vanaf het begin, legt de heer Lammon uit, keek PPT naar het comprimeren van de tijd die besteed wordt aan alle aspecten van het moldbouwproces, van offerte tot bewerking tot kunststofonderdeelproductie. Hij zegt wat deze strategie op de bewerkingskant ondersteunt is standaardisatie van sleutelmoldcomponenten en apparatuur die zowel high speed machining als betrouwbare, lights-out productie biedt. Tijdens een recent bezoek legde hij uit hoe de 15-personele winkel verspilde tijd uit de verschillende fasen van het aluminium moldbouwproces wringt.

Instant Prototyping Proces

PPT noemt zijn moldbouwbenadering Instant Prototype Processing. Het doel is om aluminium molds te creëren zonder het ontwerp van een klant te beperken, en het garandeert de bovengenoemde snelle tooling turnaround voor onderdelen zo groot als 12 bij 12 bij 4 inch. Naast zijn vijf CNC bewerkingscentra, heeft het bedrijf vijf Niigata injectiegietmachines variërend van 85 tot 330 ton voor klanten die het willen laten produceren van kunststofonderdeelmonsters naast de aluminium tooling.

Het grootste deel van het werk van het bedrijf komt uit de medische en consumentenproducten markten. Offertes voor elke nieuwe job worden aan de klant verstrekt in minder dan één uur na ontvangst van een RFQ. Zodra het bedrijf een inkooporder ontvangt, verzamelen programmeurs en toolmakers om moldontwerpspecificaties te bespreken zoals parting line, gate en vent locaties. Binnen 24 uur na ontvangst van die inkooporder, voert het een ontwerpbeoordeling uit met de klant (vaak via de GoToMeeting web conferentie applicatie) en finaliseert het de nieuwe job intern met een pre-tool vergadering. Een recent geïntegreerd computerserversysteem maakt bestandsdelen tussen alle partijen een simpele sleep-en-zet proces, wat bestandsoverdrachten die eerder via e-mail gebeurden aanzienlijk versnelt en vereenvoudigt.

PPT's CAM programmeurs, die ook moldontwerpers zijn, beginnen vervolgens met het bepalen hoe kern- en kaviteitskenmerken het beste bewerkt kunnen worden, via EDM of frezen. Het bedrijf heeft standaardgrootte kern/kaviteit inserts en universele moldbases op voorraad. Op die manier kan het onmiddellijk insert bewerkingsjobs plannen en opstellen zodra programmeren voltooid is.

De VMC die voor 80 procent van het freeswerk van het bedrijf gebruikt wordt, is een Mikron HSM 600, beschikbaar via GF AgieCharmilles (Lincolnshire, Illinois). PPT koos deze machine voor twee primaire redenen. Ten eerste, de 42.000-toer/min spindel biedt de snelheid om snel door zowel de 7075 aluminium die de winkel typisch gebruikt (soms in geharde toestand) en grafiet elektrods voor zijn ram EDM te snijden. De Mikron machine is uitgerust met een stofonthaalsysteem om deeltjes die gegenereerd worden tijdens grafietbewerking te verwijderen. Echter, kiest het bedrijf frezen boven EDM waar mogelijk om de vereiste elektrode freesstap voor het branden te elimineren.

De tweede reden waar de winkel kiest voor de high speed machine was omdat het een compacte, integrale palletwisselaar bood. Dit stelt opstellingen in staat om op meerdere pallets buiten de werkomgeving van de machine uitgevoerd te worden terwijl de machine een andere job draait. Dit stelt ook lights-out productie in, wat spindel downtime minimaliseert en de noodzaak elimineert om drie shifts te bemannen. PPT installeert gemeenschappelijk meerdere klemmen op elke pallet, en het heeft ook een fixture gecreëerd die talloze elektrods kan vasthouden om het aantal jobs dat de VMC zonder operator ingriep kan voltooien te maximaliseren.

Veel freesoperaties op de high speed machine vragen om kleine-diameter tools. Hoewel ongebruikelijk, is toolbreuk mogelijk bij het snijden van aluminium. Om overnight luchtfrezen te voorkomen als gevolg van een gebroken tool, roepen machine programmeurs gemeenschappelijk vaker dan gebruikelijk toolwisselingen op, zelfs als de effectieve levensduur van een tool nog niet benaderd is.

Prototype Molds Drijven Nieuwe Machine Aankoop

De aluminium molds die PPT creëert voor prototype en productietoepassingen verschillen in de manier waarop ondergesneden en andere onderdeelkenmerken binnen de molds uitgevoerd worden. In bijna alle gevallen gebruiken prototype molds hand-loads om deze kenmerken te creëren in plaats van de mechanische schuiven die gemeengoed zijn bij productiemolds. Hand-loads zijn bewerkte componenten die handmatig in de uitwerperzijde van een mold worden ingevoegd voor elke shot. Zodra de shot voltooid is, worden de hand-loads uitgewerpt met het gegoten kunststofonderdeel. Een operator haalt de hand-loads van het onderdeel en herinstalleert ze in de mold voor de volgende shot.

Deze handmatige interventie is gerechtvaardigd omdat prototype lotgroottes erg laag zijn. Plus, molds die hand-loads gebruiken, sneller ontworpen en goedkoper dan die die mechanische of hydraulische acties gebruiken. Een selectie hand-loads wordt in een foto rechts getoond. Die prototype mold creëert een ontstekingsschakelaar die 15 ondergesneden vereist.

PPT kocht recent een Captain vijf-as draaibank van Okuma (Charlotte, North Carolina) met het doel om hand-loads en andere kleine moldcomponenten in één opstelling te machine. Dit zal de Mikron VMC vrijmaken om voornamelijk elektrods en kern/kaviteit inserts te frezen. De draaibank is goed geschikt om dergelijke componenten te voltooien die tapers en drafts kunnen hebben van zowel rechthoekige als ronde staaf.

De andere moldafbeelding rechts is een productiemold die PPT creëerde om een cover te produceren uit ongevulde nylon. Deze specifieke aluminium mold gebruikt enkele zware staalcomponenten zoals gibs en bodemplaten. Echter, produceert PPT routinematig molds gemaakt volledig van aluminium componenten. In die gevallen zullen aluminium componenten die tegen elkaar glijden hard-coated worden voor verbeterde slijtvasteheid en toollevensduur.

De heer Lammon gelooft dat de vraag naar aluminium molds voor prototyping toepassingen sterk zal blijven. Hij wijst snel erop, echter, dat een toenemend aantal grote fabrikanten begint te realiseren dat, vergeleken met staal, aluminium molds sneller gemaakt kunnen worden, minder kosten en snellere injectiegietcyclus tijden mogelijk maken dankzij betere thermische kenmerken.

Het is niet ongebruikelijk voor vandaag de dag aluminium molds om 1 miljoen shots te leveren, zegt de heer Lammon, wat voldoende zou kunnen zijn om de productievereisten te voldoen voor een bedrijf dat zijn producten continu bijwerkt of nieuwe introduceert. Hij wedt dat dit leidt tot additioneel werk voor PPT naarmate deze bedrijven de voordelen realiseren die aluminium molds bieden voor zowel prototypes als productie.