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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 2.
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Zur
Erstellung von Formen für
exakt zu spritzende, oft sehr kleine Kunststoff-Artikel benötigt man
je nach deren Gestalt und Abmessungen geometrisch angepaßte Angußkanäle zum Werkzeug.
Bekannt ist eine sog. Bananen-Anbindung, um die Schmelze auf gebogener
Strecke an den Angußpunkt
zu bringen.
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Um
bei Präzisions-Artikeln,
beispielsweise Simmerringen, die dafür nötigen extrem geringen Toleranzen
einhalten zu können,
behalf man sich bislang damit, in geteilte Formstücke die
gekrümmte
Kanalgestalt jeweils in die Oberfläche der Formstückteile
(Werkzeug-Hälften)
einzuarbeiten, was einigermaßen
genau möglich
ist, z.B. mittels CNC-gesteuerten Maschinen. Durch Zusammenfügen der
einander mit den erzeugten Ausnehmungen zugewandten Hälften wird
der Angußkanal
gebildet. Allerdings kann die Genauigkeit beim Fügen leiden, namentlich durch
ungewollte Versetzungen der Formhälften. Außerdem entsteht beim Spritzgießen durch
den Teilungsspalt unvermeidlich eine Naht am Produkt. Die infolgedessen
bestehenden Qualitätsmängel können die
Verwendbarkeit des Erzeugnisses beeinträchtigen oder gar seinen sinnvollen
Einsatz verhindern.
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In
DE 200 21 298 U1 ist
eine Erodiervorrichtung beschrieben, mit der ein sich verjüngender
Tunnelkanal als Sichelanguß herstellbar
ist. Die Vorrichtung ist aus ver hältnismäßig vielen Einzelbauteilen
wie Feder, Stößel, Zahnrad,
Zahnriemen usw. aufgebaut, so daß Fertigung und Montage beachtlichen
Aufwand erfordern. Die Angußelektrode
ist mit bogenförmig
verschwenkbar, jedoch mit unvermeidlichen Unsicherheiten aufgrund des
antriebsbedingten Bewegungsspiels der Bauteile. Ferner ist eine
direkte Kabelverbindung zwischen Erodiermaschine und Sichelelektrode
in Bezug auf die elektrische Sicherheit und Bedienung problematisch.
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Es
ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, diese und weitere Nachteile
des Standes der Technik mit möglichst
einfachen Mitteln zu überwinden
und präzisen
Hakenanguß wirtschaftlich
zu verwirklichen. Angestrebt wird ferner hohe Formgenauigkeit ohne
die Notwendigkeit von Nachbearbeitungen am Hakenanguß.
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Anspruch
1 gibt das Verfahren nach der Erfindung an. Eine hierfür geeignete
Vorrichtung ist in Anspruch 2 definiert. Die Ansprüche 3 bis
6 betreffen Weiterbildungen.
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Ein
Verfahren zum Herstellen von Hakenangüssen in einem Spritzgieß-Formwerkzeug
(Formstück), wobei
mittels Funkenerosion ein oder jeder Hakenanguß als ein zu einem Formnest
führender,
sich verjüngender
Kanal als hornartig gekrümmte
Höhlung
mit endständigem
Durchlaß erzeugt
wird, umfaßt
laut Anspruch 1 erfindungsgemäß folgende
Schritte:
- • Fixieren
des hinteren Endes einer Elektrode mittels einer Verstiftung an
einer Aufnahmestange eines Haltesystems,
- • Ausrichten
des auf einem Tisch einer Werkzeugmaschine montierten Formstücks,
- • Berechnen
und Festlegen von Anfahrmaßen
und
- • programmgesteuertes
Anfahren und Bearbeiten des Formstücks mit einem Bearbeitungswerkzeug
der Werkzeugmaschine, wobei durch Drehen der C-Achse der Werkzeugmaschine die Elektrode
in das Formstück
eingebracht wird.
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Man
erzielt hiermit eine „Bananen-Anbindung
ins Volle", die
sich mittels beispielsweise CNC-gesteuerter Funkenerosionstechnik
präzise
verwirklichen läßt. Dabei
werden die Möglichkeiten
der computerunterstützten
Konstruktion (computer-aided design) zur exakten Vorgabe der Anfahrmaße genutzt.
Die Höhlung kann
nach Bedarf mit rundem oder eckigem Querschnitt gebildet werden,
und zwar in exakter Geometrie lediglich durch Drehen der Elektrode
um die C-Achse. Für
den Erodiervorgang wird – fallweise spezifisch
oder allgemein – ein
auf die jeweilige Hakenanguß-Gestalt
abgestimmtes Steuerprogramm erstellt, das den Materialabtrag am
einzelnen Werkstück
nach Ort und Zeit genau bestimmt.
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Eine
Vorrichtung zum Herstellen von Hakenangüssen in einem Spritzgieß-Formwerkzeug
(Formstück),
wobei ein oder jeder Hakenanguß als
ein zu einem Formnest führender,
sich verjüngender
Kanal als hornartig gekrümmte
Höhlung
mit endständigem
Durchlaß unter
Verwendung einer Erodiermaschine eingebracht ist, insbesondere zum
Durchführen
des genannten Verfahrens, zeichnet sich nach Anspruch 2 erfindungsgemäß dadurch
aus, daß an
der Erodiermaschine ein Adapter für ein Haltesystem vorhanden
ist, das an einem U-Halter eine Anschlagplatte sowie einen Schieber
trägt,
in welchem mittig zum Maschinenmittelpunkt eine Paßbohrung
sitzt, in die eine Aufnahmestange für eine Elektrode einpaßbar ist,
und daß der
U-Halter eine Nut und eine quer dazu verlaufende Außenfläche hat,
an der die Anschlagplatte in solcher Position angeschraubt ist,
daß sie
ein Fixmaß zum
Einstellen des Schiebers festlegt.
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Der
Aufwand für
eine solche Vorrichtung ist angemessen niedrig; sie läßt sich
einfach montieren und bedienen. Das Haltesystem hat einen verstellbaren
Schieber, der die Einstellung der Elektrode außerordentlich erleichtert.
Bevorzugt wird das hintere Ende der Elektrode in der Aufnahmestange
mittels einer Verstiftung fixiert, wodurch eine ebenso einfache
wie zuverlässige
Positionierung der Elektrode möglich
ist. Laut Anspruch 3 legt man dazu dieses Ende der Elektrode mit
einem darin längs
eingepreßten,
engtolerierten Befestigungsstift fest, der die Stange an einem Fortsatz
oder Abschluß diametral
durchsetzt und mit engster Passung in dieser Halterung sitzt, was
weniger Aufwand erfordert als eine – alternativ mögliche – Feingewinde-Justage.
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Die
Elektrode besteht gemäß Anspruch
4 aus hochreinem Kupfer (E-Cu, Elektrolytkupfer) oder Graphit und
ist von konischer oder zylindrischer Grundgestalt, deren im Material
längs verlaufende
Mittellinie z.B. bogen- oder spiralförmig gekrümmt ist und vorn in eine Spitze
ausläuft.
Krümmung
und Verjüngung
sind leicht auf die gewollte Angußform abstimmbar.
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Ferner
sind laut Anspruch 5 Endmaße
vorhanden, um einen zum Erodieren des Hakenangusses benötigten,
zuvor CAD-berechneten Abstand für
die Justierung des Mittelpunkts der neutralen Elektroden-Mittellinie
auf den Maschinenmittelpunkt herzustellen, so daß gerätebedingte Abweichungen beim
Erodieren vermieden werden.
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Laut
Anspruch 6 ist die bevorzugt schwenkbar angeordnete Aufnahmestange
an einer programmierbaren Erodiermaschine angebracht, und sie nimmt
eine exakt gemäß der Höhlungsgestalt
vorgeformte Elektrode auf, die koordinatengesteuert eindringt und
den endständigen
Durchlaß in
derselben Seitenfläche
erzeugt. So ist im massiven Werkstück der Angußpunkt mit einer zuvor unerreichten
Genauigkeit von 30 μm
oder besser herstellbar.
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Zur
Optimierung der Arbeitsgeschwindigkeit unter laufender Abfuhr des
abgetragenen Materials kann an und/oder in der Elektrode wenigstens
eine Spülbohrung
angebracht sein, die bis in die Elektrodenspitze oder in deren Nähe reicht
und an die eine Druck- oder
Saugspüleinrichtung
angeschlossen wird, beispielsweise über einen Röhrchenstutzen, ein Kupplungsstück o.dgl.
Während
des Erodierens kann sich der Bohrkanal daher nicht verstopfen, und
der Materialabtrag geht ungestört
vonstatten.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
dem Wortlaut der Ansprüche
sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine aufgeklappte Matrize,
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2 eine
Seitenansicht eines Haltesystems für eine Elektrode,
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2a eine
Teil-Draufsicht auf die Elektode in 2 und
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3 eine
schematisierte Teilansicht eines Werkstücks mit einer Elektrode in
Anfangs- und Endstellung.
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Die
zur Herstellung von Hakenangüssen
notwendigen Schritte und Mittel lassen sich wie folgt aufgliedern:
| • Anfertigung
einer Matrize | • Anfertigung
einer Patrize |
| • Erstellung/Vorbereitung
eines Halte | • Durchführen der
Erodierung. |
| systems | |
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Man
benötigt
also Einrichtungen zur spanenden und/oder erodierenden Bearbeitung
der Matrize sowie zum Fräsen/Drehen/Schleifen
der Patrize, ein verstellbares Haltesystem mit Adapter als Elektrodenhalterung und
eine Funkenerodiermaschine sowie Bearbeitungsprogramme.
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Anfertigung
einer Matrize
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In
aufgeklappter Anordnung zeigt 1 zwei Stahlplatten 12 z.B.
der Größe 80 × 50 × 20 mm,
die flächig
anliegend miteinander deckungsgleich verschraubt und verstiftet
werden. Nach Härtung
des verbundenen Plattenpaares auf ca. 60 HRC wird es plan und winkelig
geschliffen. Eine (hier nicht dargestellte) Ausgangs-Elektrode wird
einzeln gefertigt, indem man einen konisch rundgedrehten und ausgeglühten Kupferdorn entsprechend
der gewünschten
Hakengeometrie vorbiegt und formgenau oberflächenbearbeitet, z.B. von Hand,
indem man den Kupferdorn mit einem Plastikhammer um einen passend
bemessenen Stahlbolzen herum treibt und ihn anschließend schmirgelt
bzw. poliert. Winkelflächen 15 an
den Platten 12 dienen als Führung, um in das hintere Ende
der Dornelektrode längs
eine engtolerierte (H7) Paßbohrung
einzubringen. In diese wird ein Befestigungsstift eingepreßt, mit
dem sie in einem Haltesystem fixiert werden kann (vergleiche 2 unten).
Beispielsweise mittels einer Meßuhr
wird die eingespannte Masterelektrode exakt positioniert. Ihre Kontur
wird nun durch dreidimensionales Fräsen oder auch im abbildenden
Senkerodierverfahren gleichmäßig in beide
Platten, d.h. halbseitig, eingearbeitet. Die fertige Matrize 10 erlaubt
es, immer gleiche Hakenelektroden (Slaves) herzustellen, die nach
Auseinanderschrauben der Platten 12 daraus entnehmbar sind.
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Herstellung
einer Patrize
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Die
aus 2a ersichtliche Hakenelektrode 20 kann
verschiedenartig gestaltet sein, beispielsweise konisch rund, zylindrisch
eckig oder in sonstigen Geometrien und Ab messungen. Die vom Konstrukteur
entworfene Kontur des Hakenangusses H kann in einer Schablone verkörpert werden
und dient als Vorlage für ein
Flächenmodell,
anhand dessen ein Programm für
3D- bzw. CNC-gesteuertes Fräsen
erstellt wird. Ausrichtungsflächen
(nicht gezeichnet) und eine längs
in das hintere Ende der Elektrode 20 eingebrachte Paßbohrung – z.B. Toleranz
H7 – für einen
Befestigungsstift 32 können
bei der maschinellen Bearbeitung gleich miterzeugt werden. Der Stift 32 wird
in die Paßbohrung
eingepreßt
und z.B. durch Schleifen mit einer Fixier- und Ausrichtefläche versehen,
die ein lagerichtiges Einsetzen im Haltesystem S gewährleistet.
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Erstellung/Vorbereitung
eines Haltesystems
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Außer einer
(nicht dargestellten) Erodiermaschine benötigt man einen Adapter für das Haltesystem
S, das handelsüblich
sein kann und an einem U-Halter 22 eine Anschlagplatte 24 sowie
einen Schieber 26 trägt. Damit
wird eine Elektroden-Aufnahmestange 30 gehaltert, die bevorzugt
aus nitriertem Präzisionsstahl
besteht, in einer engtolerierten (H7) Paßbohrung 28 des Schiebers 26 daran
mit einer (nicht gezeichneten) Stellschraube befestigbar ist und
ihrerseits eine Paßbohrung
hat, welche den Befestigungsstift 32 der Hakenelektrode 20 aufnimmt.
Der U-Halter 22 hat eine gestrichelt angedeutete Quernut
und eine dazu im Winkel verlaufende Außenfläche, an der die Anschlagplatte 24 angeschraubt
wird, so daß man
ein Fixmaß zum
Einstellen des Schiebers 26 gewinnt. In diesem sitzt mittig
zum Maschinenmittelpunkt 18 die Paßbohrung 28, in welche die
Aufnahmestange 30 eingepaßt wird. Mit (nicht dargestellten)
Endmaßen
wird der zum Erodieren des Hakenangusses H benötigte, zuvor CAD-berechnete Abstand
a zu der Seitenfläche
F des Werkstücks
W hergestellt, um den Mittelpunkt der neutralen Mittellinie 16 der
Elektrode 20 auf den Maschinenmittelpunkt 18 einzujustieren
(3). Alternativ könnte das mit einem Feingewinde-Spindelsystem
gemacht werden, jedoch mit größerem Aufwand.
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Durchführung eines
Erodiervorgangs
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Der
Abstand A zwischen der Anschlagplatte 24 und einer Seitenkante
des Schiebers 26 ist in gewissem Bereich einstellbar. Sowohl
der Abstand A als auch sämtliche
Anfahrmaße
der Maschinenachsen X, Y, Z, C (nicht gezeichnet) werden konstruktionsseitig
vorgegeben. Nach Ausrichtung des Werkstücks W (3) auf dem
Tisch einer (nicht dargestellten) Bearbeitungsmaschine wird es eingespannt,
etwa in einem Präzisions-Schraubstock
oder mittels Magnetblöcken.
Dabei muß der
Kanalansatz 38, von dem der Hakenanguß H ausgehen soll, genau waagrecht
verlaufen. Das Haltesystem S, in dem die Hakenelektrode 20 zu
befestigen ist, wird in dem (nicht gezeichneten) Pinolen-Schnellspannfutter
der Erodiermaschine eingespannt, wobei die C-Achse ihre Nullstellung einnimmt. Die
Elektrode 20 wird mit dem Befestigungsstift 32 in
die Aufnahmestange 30 eingesetzt, mittels eines Fixierstifts 34 sowie
einer Klemmschraube 36 drehgesichert und so ausgerichtet, daß der Stift 32 parallel
zur X-Achse der Maschine steht.
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Nun
kann das Werkstück
W in allen vier Achsen mit der Elektrode 20 angefahren
werden, deren zylindrischer Schaftteil zunächst parallel zu der Seitenfläche F des
Werkstücks
W steht (3). Gemäß einem im Vorfeld erstellten
Programm erfolgt das Erodieren bevorzugt durch Drehen der Pinole,
d.h. mittels der C-Achsbewegung um den Zentralpunkt 18.
Weniger kostengünstig
kann man auch über
die X- und Y-Achsen eine Kreisbahn erodieren, die z.B. in Schritten
von 0,01 mm per CAD definiert wird. Für einen Einschwenkwinkel E von
z.B. 120° arbeitet
man bis zum Winkelbereich von ca. 100° bis 110° mit einer Schruppstufe, bei
deren schnellerem Fortschritt sich allerdings die Elektrode 20 abnutzt.
Der restliche Weg wird in einer langsameren Schlichtstufe und gewöhnlich mit
einer neuen Elektrode 20 feinbearbeitet. Kurz vor dem Durchstoß ist besonders
sorgfältig
vorzugehen, zweckmäßig ganz
langsam, um den Anschnitt nicht zu groß werden zu lassen. Die Prüfung der
Durchlaßweite
erfolgt mittels Lehrdornen, während
die C-Achse zum Nullpunkt und die Maschine auf Sicherheitsabstand
zurückgefahren
ist. Sobald der Soll-Durchlaß 40 von
z.B. 0,3 mm ∅ erreicht ist, kann das fertige Werkstück entnommen
werden, das nun den maßgenauen
Hakenanguß H
enthält.
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Die
Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern in vielfältiger
Weise variierbar. Das beschriebene funkenerosive Senken läßt sich
nicht nur in Vollwerkzeugen, sondern mit den gleichen Mitteln und
Vorteilen auch in geteilten Formeinsätzen zum Erzeugen von Hakenangüssen anwenden.
Während
es oft vorzuziehen ist, ein fixiertes Werkstück W mit einer beweglichen
Elektrode 20 zu bearbeiten, ist anzumerken, daß nach der
Erfindung auch umgekehrt die Elektrode fixiert bleiben und das Werkstück gesteuert
bewegt (d.h. koordinatengemäß verfahren)
werden kann.
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Wesentliche
Vorteile der Erfindung beruhen darauf, daß im Vergleich zu herkömmlichen
Formeinsätzen
gerade im Angußbereich
des Formwerkzeugs W nur ein geringer Platzbedarf besteht. An der
zu erarbeitenden Kontur H entstehen – im Gegensatz zum Stand der
Technik – keine
zusätzlichen
Dichtkanten. Für
die Produktion der Kunststoffartikel hat dies den großen Vorteil,
daß die
Formteile außerhalb
der Trennebene angespritzt werden können, d.h. mit exakter Innen-
oder Außenkontur
je nach Vorgabe. Insgesamt wird eine beachtliche Werkzeugkosten-Ersparnis
erzielt. Sehr günstig
ist ferner, daß das
Erodieren – ein
relativ langsamer Prozeß – automatisiert
und weitgehend unbeaufsichtigt ablaufen kann, beispielsweise auch
nachts oder über ein
Wochenende.
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Für die konventionelle
Fertigung benutzt man – ähnlich wie
anhand von 1 vorbeschrieben – Matrizenplatten,
in die auf der Basis eines exakt gemachten Elektroden-Handmusters gegengleiche
Halb-Ausnehmungen eingearbeitet werden, z.B. durch dreidimensional
gesteuertes Fräsen,
Laserstrahl-Abtrag oder Funkenerosion. Beim Zusammenfügen der
Matrizenplatten bilden die einander zugewandten Halb-Ausnehmungen
eine gemeinsame Höhlung,
deren Form der Elektrodengestalt entsprechen soll. Man erkennt,
daß dieses
Vorgehen die genannten Nachteile der Nahtbildung und eventuell einer
Gestalt-Veränderung
mit sich bringt.
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Erfindungsgemäß wird die
Höhlung,
d.h. der Hakenanguß H,
hingegen in einem Vollwerkstück
W durch programmgesteuertes Erodieren erzeugt, wozu man die exakt
vorgefertigte Elektrode in das Haltesystem S einspannt und justiert.
Nach Festlegung von Anfahrmaßen,
die speziell CAD-berechnet werden, wird das auf dem Tisch einer
Werkzeugmaschine in genauer Ausrichtung montierte Werkstück W von
dem Bearbeitungswerkzeug angefahren. Dieses wird auf übliche Weise
nach X-, Y-, Z- und C-Koordinaten gesteuert. Die von einer drehbaren
Pinole gebildete C-Achse wird kontrolliert um den Maschinenmittelpunkt 18 bzw.
die damit zusammenfallende Zentralachse bewegt. Für den Einsatz
der C-Achsen-Drehung zum programmgesteuerten Erodieren von Hakenangüssen gibt
es im Stand der Technik kein Vorbild. In jedem Falle sind im Werkstück (d.h.
im Formwerkzeug) W sehr kleine Hakenanguß-Öffnungen präzise erzielbar. Ein Durchlaß 40 von
z.B. 0,3 mm Durchmesser kann ohne weiteres mit einer Genauigkeit
von 30 μm
oder besser erzeugt werden, so daß sich Spritzgießmasse auch
in extrem kleine Formnester gut einspeisen läßt.
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Zusammenfassend
ist festzuhalten, daß zum
Herstellen von Hakenangüssen
in ein Spritzgieß-Formwerkzeug
ein zu einem Formnest führender,
sich verjüngender
Kanal als Hakenanguß nach
der Erfindung eingebracht wird, indem man im vollen Formstück W mittels
programmgesteuerter Funkenerosion eine hornartig gekrümmte Höhlung H
mit endständigem
Durchlaß 40 erzeugt
(3). An einer schwenkbaren Aufnahme 30 einer
programmierbaren Erodiermaschine wird eine zuvor exakt höhlungsgemäß geformte
Elektrode 20 angebracht, die nach Programm koordinatengenau
in eine Seitenfläche
F des Formstücks
W eindringt und den Durchlaß 40 in
derselben Seitenfläche
F erzeugt. Dazu spannt man die vorgefertigte Elektrode 20 in
ein Haltesystem S ein. Die Materialachse (Mittellinie) der aus E-Cu
(Elektrolytkupfer) oder Graphit bestehenden, konischen oder zylindrischen
Elektrode 20 ist bogen- oder spiralförmig gekrümmt; letztere läuft vorn
in eine Spitze aus. Das andere Ende der Elektrode 20 wird
an einer Stange 30 eines Haltesystems S fixiert, bevorzugt
mit einer Verstiftung 32, 34. Dazu durchsetzt
ein engtolerierter Befestigungsstift 32 das Abschluß-Ende der
Aufnahmestange 30 diametral. In einem verstellbaren Schieber 26 ist
die Stange 30 in eine Paßbohrung 28 mittig zum
Maschinenmittelpunkt 18 eingepaßt. Dessen CAD-berechneter
Abstand a zu der Seitenfläche
F wird mit Endmaßen
hergestellt, um die neutrale Mittellinie 16 der Elektrode 20 auf
den Maschinenmittelpunkt 18 zu zentrieren. Nach Festlegung
von CAD-berechneten Anfahrmaßen
wird das genau ausgerichtet auf einem Tisch einer Werkzeugmaschine
montierte Formstück
W vom Bearbeitungswerkzeug angefahren. Für den Erodiervorgang legt ein
auf die jeweilige Hakenanguß-Gestalt abgestimmtes
Steuerprogramm den Materialabtrag am einzelnen Werkstück W nach
Ort und Zeit genau fest. An und/oder in der Elektrode 20 führt wenigstens
eine Spülbohrung
laufend abgetragenes Material ab.
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- A
- Abstand
- a
- Abstand
- E
- Einschwenkwinkel
- F
- Seitenfläche
- H
- Hakenanguß
- S
- Haltesystem
- W
- Werkstück/Formstück
- 10
- Matrize
- 12
- Plattenpaar
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Winkelflächen
- 16
- neutrale
Mittellinie
- 18
- Maschinenmittelpunkt
- 20
- Hakenelektrode
- 22
- U-Halter
- 24
- Anschlagplatte
- 26
- Schieber
- 28
- Quer-Paßbohrung
- 30
- Aufnahmestange
- 32
- Befestigungsstift
- 34
- Fixierstift
- 36
- Klemmschraube
- 38
- Kanalansatz
- 40
- Durchlaß