Formenbauer, die das Potenzial von Technologie und Ausrüstung erkennen und sowohl auf Genauigkeit als auch auf Produktivität abzielen, erhöhen ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt. Der Schlüssel liegt im Einsatz von Maschinen, die so konstruiert sind, dass sie die zeitaufwändigen Elemente des Formenbaus reduzieren, gleichzeitig die Qualität und die Genauigkeit verbessern und die Möglichkeit menschlicher Fehler ausschließen.

Der Formenbauprozess befasst sich mit einer herausfordernden Kombination von Bearbeitungstoleranzen, die durch langwierige Werkstückeinrichtungsschritte noch komplizierter wird, die es der Maschine ermöglichen, über Bearbeitungs- und Bohrschritte hinweg präziser mit dem Werkstück zu interagieren.

Maschinen, die für bestimmte Herausforderungen im Formenbau entwickelt wurden – beispielsweise der Steigerung des Durchsatzes durch Eliminierung vieler wichtiger zeitintensiver Elemente bei der Herstellung einer Form – sind eine optimale Lösung für Formenbauer, die sich einen Wettbewerbsvorteil verschaffen möchten. Diese Maschinen verfügen über Funktionen, die den Bedarf an kostspieligen Vorrichtungen und erweiterten Umrüstungen verringern und eine einzige Werkstückeinrichtung für mehrere Bearbeitungsprozesse ermöglichen, während Operationen auf allen vier Seiten eines Werkstücks ausgeführt werden können.

Eine Form auf einer solchen Maschine kann unter Verwendung eines geschruppten Werkstücks hergestellt werden, das mit modularen Nullpunkt-Spannkomponenten auf dem Tisch aufgenommen wird. Das Werkstück wird vierseitig gefräst und mit Hochleistungseinlippenbohrern und BTA-Werkzeugen mit sehr hohen Vorschüben gebohrt. Mit dem gleichen Setup und in der gleichen Aufspannung können Bearbeitungen unter Mehrfachwinkeln, sich überschneidende Bohrungen, Taschen und komplexe Oberflächenbearbeitung präzise und effizient durchgeführt werden. Anschließend können kritischen Merkmale automatisch vermessen werden. Das spart dem Formenhersteller Tage an Produktionszeit.

Eine leistungsfähige Maschine erfüllt auch die hohen Toleranzanforderungen komplexer Formprofile. Zu den Merkmalen, die dazu beitragen, gehört ein steifer B-Achsen-Tisch, der schwere Werkstücke aufnehmen kann, sowie eine hohe Momentenbelastung. Ein weiteres wesentliches Merkmal ist ein Spindelkasten, der Fräs- und Bohrspindeln trägt, die ohne Minimierung der Steifigkeit auf einer A-Achse kippen können und eine Drehung der B-Achse in extremen Winkeln und deutlich größere als die üblichen Verfahrwege ermöglichen. All dies führt dazu, dass mühsame Umrüstarbeiten entfallen, was wertvolle Zeit und Aufwände ersparen kann, die dann für den Einsatz fortschrittlicher Technologie und die Produktion besserer Formen aufgewendet werden können.

Maschinen, die eine Reihe von Bearbeitungs- und Bohrvorgängen kombinieren, einschließlich Hochleistungsfräsen und Tiefbohren, können die Effizienz weiter steigern. Sie verfügen über mehrachsige Positionierung und sind mit leistungsfähigen Spindelkästen mit Getriebe und Cat50-Spindeln ausgestattet. Eine Spindel für konventionelles Einlippen-Tiefbohren als auch für BTA-Hochleistungstiefbohren, mit fünf- bis siebenmal höheren Vorschüben als beim Einlippen-Tiefbohren, ermöglicht die Produktivität weiter zu steigern bei gleichbleibender Genauigkeit.

Zudem nutzen die hochproduktive Maschinen alle Möglichkeiten zur Automatisierung des Bearbeitungsprozesses und sind in dynamischen Situationen unabhängig von der Achsenausrichtung äußerst genau. Diese Maschinen sind in der Regel mit verschiedenen nützlichen Optionen ausgestattet, wie z. B. Glasmaßstäbe und Drehgebern mit direkter Rückkopplung. Sie können auch die Vorteile von Volumenkompensation mit einer Standard-Kontursteuerung nutzen. So ermöglichen Werkstückabtastung, Werkzeug-Laservoreinstellung und automatische Werkzeugwechsler mit einer großen Anzahl von Platzen einen unbeaufsichtigten Betrieb mit größerer Vielseitigkeit als bisher möglich. Darüber hinaus verbessert die Prozessrückmeldung die Leistungsfähigkeit einer Maschine weiter, indem  Werkzeuge im kompletten Leistungsbereich genutzt werden können, mit der Sicherheit dass eine automatische Überwachung einen Unterbrechung des Zyklus zu gewährleistet, bevor etwas Katastrophales eintritt.

Zusammenfassung

Die nahtlose Integration verschiedener Technologien und Bearbeitungen in einer einzigen Maschine kann vorteilhaft sein. Parametrische 3D-Programmierung, ausgefeilte Nachbearbeitung, Werkzeugverwaltung und Überprüfung auf der Maschine sind in immer mehr Betrieben üblich, da die Technologie erschwinglicher wird. Leistungsfähige Maschinen wurden entwickelt, um diese Technologie zu optimieren, was den Fertigungsprozess für wettbewerbsfähige Formenhersteller drastisch verbessert.

Damit ein Hydraulikzylinder effektiv arbeiten kann, muss der Innendurchmesser des Zylinders präzise rund und spiegelglatt sein, um eine gute Abdichtung zwischen ihm und dem passenden Innenkolben zu gewährleisten. Dies wird üblicherweise durch Schälen und anschließendes Glattwalzen in einem rohrförmigen Werkstück erreicht. Beim Schälen werden Hartmetallklingen verwendet, die um den Durchmesser eines Werkzeugs positioniert sind, um Späne abzutragen und eine geometrisch runde Bohrung zu erzeugen. Beim Glattwalzen, einem Kaltumformprozess, werden mehrere Walzen eingesetzt, um die nach dem Schälen zurückgebliebenen Materialspitzen zu komprimieren und eine extrem glatte Oberfläche zu erzielen. Durch das Glattwalzen wird auch eine Verdichtungsschicht in die Zylinderwand eingebracht, wodurch die Lebensdauer des Zylinders verbessert wird.

Diese Vorgänge werden manchmal in einem Durchgang mit einem kombinierten Schäl- / Glattwalzwerkzeug auf einer BTA-Tiefbohrmaschine ausgeführt. UNISIG, ein Anbieter von Maschinen, Werkzeugen und Automatisierung für Tiefbohranwendungen, hat unlängst Maschinen entwickelt, speziell für das Schälen und Glattwalzen und dabei die steigende Nachfrage für diese Maschinen bei Herstellern von Hydraulikzylinden festgestellt. Die Maschinen der S-Serie verwenden für beide Arbeitsvorgänge ein einziges Werkzeug und erreichen Rundheitstoleranzen von IT-8 oder IT-9 sowie Bohrungsoberflächen von bis zu Ra 0,05 bis 0,2 Mikron in einer Aufspannung und einem Werkzeugdurchgang.

Laut Sarang Garud, Anwendungstechniker bei UNISIG, basieren 80 Prozent des Maschinendesigns der S-Serie auf den vorhandenen BTA-Tiefbohrmaschinen der B-Serie des Unternehmens. Trotzdem stellt er drei unterschiedliche Merkmale fest, die es der S-Serie ermöglichen, beim Schälen und Glattwalzen hocheffektiv zu sein:

Werkstückspannung

Die für Hydraulikzylinder verwendeten Rohre sind relativ dünnwandig. Es muss darauf geachtet werden, dass das Rohr fest genug für das Schälen und Glattwalzen gespannt ist, jedoch nicht so fest, dass es sich verformt. Daher werden normalerweise Spannkonen eingesetzt, um die Rohre an beiden Enden anstelle von Dreibackenfuttern zu halten. Diese Spannmethode ermöglicht auch einen schnellen Werkstückwechsel in automatisierten Umgebungen. Darüber hinaus muss aufgrund des inhärent hohen Länge zu Durchmesser Verhältnisses dieser Werkstücke eine zusätzliche Unterstützung entlang der Länge des Rohrs bereitgestellt werden. Die S-Serie verwendet eine V-förmige hydraulische Zentrierspanner, um diese Werkstückunterstützung bereitszustellen.

Antrieb

Beim Schälen werden dünne Schnitte gemacht. Der radiale Eingriff eines Schälmessers in das Werkstück kann nur 2 mm betragen, und die Vorschübe können 1 mm pro Umdrehung und Schneide betragen. Jedes Werkzeug verfügt jedoch über zwei oder drei Schälmesserklingen, wodurch sich die effektive Vorschubgeschwindigkeit vervielfacht. In ähnlicher Weise erfordert der Kaltumformprozess Glattwalzen ein hohes Drehmoment und hohe Spindeldrehzahlen, da er die Spitzen, die das Schälen hinterlässt, plastifiziert und verichtet. Infolgedessen verfügt die S-Serie über einen robusteren Antriebsstrang mit Motoren mit höherer Leistung und schnelleren Spindeldrehzahlen als herkömmliche BTA-Tiefbohrmaschinen.

Drehdurchführung

Ein Hydraulikkreis im Inneren des Schäl- und Glattwalzwerkzeugs steuert die Schälmesser und Walzen während des Bearbeitungsvorgangs aus. Daher hat die S-Serie am hinteren Ende des Werkzeugspindelkastens eine Drehdurchführung, um eine hydraulische Verbindung über die gesamte Länge des rotierenden Werkzeugs herzustellen. Sobald der Bearbeitungsdurchgang abgeschlossen ist, werden die Klingen und Walzen in das Werkzeug zurückgezogen, damit es durch das neu gefertigte Hydraulikrohr zurückgezogen werden kann. Das Werkzeug dreht sich beim Rückzug weiter, aber Nylonführungen am Werkzeug und die kontinuierliche Kühlmittelzufuhr verhindern eine Beschädigung der Zylinderoberfläche.

Die Maschinen der S-Serie sind für Schäl- und Glattwalzdurchmesser von 40 – 300 mm (1.5 bis 12 “) und für Längen bis 13 m (20 ‘) erhältlich (weitere Maschinen auf Anfrage). Die Maschinen können auch modifiziert werden, um BTA-Bohren-, Aufbohren, sowie andere Bohr- und Rohrbearbeitungsvorgänge durchzuführen. Darüber hinaus können Werkzeuge so konfiguriert werden, dass sie Rohrbearbeitung in einer Vielzahl von Werkstoffen durchführen können.