US-Haushaltsgerätemarke × HONSCN: CNC-gefräste Formwerkzeuge aus 6061-T6 Aluminium

Passender CNC-gefräster Werkzeugsatz aus 6061-T6 Aluminium, bestehend aus einem männlichen Stempel und einer weiblichen Formkavität mit klarer Eloxierung

Kunden- und Projektübersicht

Unser Kunde ist ein US-amerikanischer Hersteller, der sich auf hochwertige Küchengeräte für den privaten Gebrauch spezialisiert hat. Bekannt für seine hohen architektonischen Ansprüche und sein ergonomisches Industriedesign, umfasst sein Produktportfolio gewerbliche Küchenarbeitsplatten, Einbaukochfelder und kundenspezifische Kühlsysteme.

Für eine kommende Premium-Geräteserie entwickelte das Industriedesignteam ein ergonomisches, geschwungenes Bauteil. Um dieses Design in die Pilotproduktion zu überführen, benötigte das Ingenieurteam einen speziell angefertigten Satz präzisionsgefertigter Werkzeuge – bestehend aus einem Stempelblock und einer passenden Matrize .

Da diese Formen für die Klein- bis Mittelserienfertigung und die schnelle funktionale Prototypenerstellung von Außenverkleidungen für Haushaltsgeräte vorgesehen waren, erwies sich die Herstellung von Stahlwerkzeugen als zu kostspielig und zeitaufwendig. Der Kunde entschied sich daher für Aluminium 6061-T6 in Luft- und Raumfahrtqualität , um die Werkzeugvorlaufzeiten zu verkürzen und eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit während der Formgebungszyklen zu gewährleisten.

Die zuvor von einem anderen Lieferanten gefertigten Werkzeugmuster wiesen jedoch deutliche Werkzeugabstufungen an den 3D-konturierten Oberflächen, Kantengrate in den Querentlastungskanälen und leichte Verformungen entlang des Bogenprofils auf , die zu ungleichmäßigem Spiel zwischen den zusammenpassenden Hälften führten. Der Kunde wandte sich daher an HONSCN Precision, um die CAD-Daten auswerten zu lassen, die Fertigungsstrategie zu optimieren und einen produktionsfertigen Werkzeugsatz zu liefern.

Produktübersicht

Warum diese Komponente für das Produkt des Kunden wichtig ist:
Bei hochwertigen Küchengeräten werden die äußeren optischen Komponenten unter hellem Küchenlicht und durch die direkte Berührung des Verbrauchers genauestens geprüft . Jede Unregelmäßigkeit im Formwerkzeug – sei es eine leichte Wellenspur vom Kugelfräser, ungleichmäßiger Spalt entlang der Trennlinie oder mikroskopisch kleine Grate – überträgt sich direkt auf die fertigen, dem Verbraucher zugewandten Metallpaneele.
Aluminium 6061-T6 wurde gewählt, da es nach der Wärmebehandlung die erforderliche Festigkeit und Oberflächenhärte aufweist und gleichzeitig deutlich leichter und schneller zu bearbeiten ist als Werkzeugstahl . Darüber hinaus trägt die hervorragende Wärmeableitung von Aluminium zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung während wiederholter Pressumformzyklen bei. Für einen zuverlässigen Betrieb müssen die zusammenpassenden Werkzeughälften über die gesamte gekrümmte Spannweite unter Presskraft mit wiederholgenauer Präzision ausgerichtet sein .

Wichtigste Herausforderungen in der Fertigung

Herausforderung 1: Kontinuierliche 3D-Konturflächen ohne Wellenlinien

• Herausforderung:

Die kernbildende Fläche weist eine durchgehende, geschwungene Längskurve mit einem erhöhten Mittelgrat auf, der in eine tiefe Mulde auf der Gegenmatrize übergeht .
• Warum es wichtig war:

Bei der Bearbeitung mit Standard-Schrupp- und Vorschlichtbearbeitungsverfahren würden sichtbare Werkzeugwegkanten oder Stufen auf der Oberfläche zurückbleiben. Das manuelle Polieren einer gewölbten Form zur Entfernung von Bearbeitungsspuren verzerrt häufig das tatsächliche 3D-Profil , was zu lokalen Spielraumabweichungen und Faltenbildung an den Gerätefronten während der Formgebung führt.
• Unsere Lösung:

HONSCN nutzte kontinuierliches Mehrachsen-Flächenfräsen mit hochpräzisen Kugelkopffräsern . Unsere CAM-Programmierer programmierten adaptive Hochgeschwindigkeits-Werkzeugwege mit extrem feinen Zustellungen und Algorithmen für konstante Fräshöhe . Durch die Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Werkzeugeingriffs und einer konstanten Oberflächenkontaktgeschwindigkeit erzielten wir eine glatte Zieloberfläche direkt nach der Bearbeitung, wodurch die Notwendigkeit einer aufwendigen manuellen Nachbearbeitung entfiel .

Herausforderung 2: Thermische Verformung und Eigenspannungen in einem massiven 6061-T6-Bund

• Herausforderung:

Jede Formhälfte begann als schwerer, massiver, rechteckiger Aluminiumblock aus 6061-T6-Aluminium. Ein erheblicher Anteil des Rohmaterialvolumens wurde entfernt , um das gebogene Profil, die Aussparungen und die Montagestufen herzustellen.
• Warum es wichtig war:

Durch das schnelle Abtragen großer Aluminiummengen werden die in stranggepresstem und gewalztem Rohmaterial vorhandenen Eigenspannungen abgebaut . Dieser Spannungsabbau kann dazu führen, dass sich der gewölbte Sockel längs verbiegt oder verdreht, wodurch die Planarität der unteren Befestigungsfläche beeinträchtigt und die kritischen Absperrflächen verformt werden .
• Unsere Lösung:

Anstatt die Form in einem einzigen, aggressiven Bearbeitungszyklus zu bearbeiten, setzten unsere Ingenieure eine stufenweise Bearbeitungsstrategie ein. Wir führten eine grobe Schruppbearbeitung durch, wobei wir einen gleichmäßigen Aufmaß für die Vorschlichtbearbeitung beließen, gefolgt von einer Ruhephase zur Spannungsarmglühung . Anschließend wurde die primäre, ebene Montagefläche plangeschliffen, um eine exakte Bezugsebene wiederherzustellen, bevor die abschließenden Vorschlicht- und Schlichtbearbeitungen an den 3D-Konturen durchgeführt wurden.

Präzisionsgefräste, CNC-gefräste Formhohlraumkonstruktion aus 6061-T6 Aluminium mit glatter, 3D-konturierter Oberfläche und quer verlaufenden Entlastungskanälen

Herausforderung 3: Präzise Einhaltung des Spaltmaßes zwischen aufeinander abgestimmten Kern- und Kavitätenprofilen

• Herausforderung:

Die männlichen Stempel- und weiblichen Hohlblöcke müssen unter Pressklemmung mit einem gleichmäßigen Spaltmaß, das der genauen Materialstärke des Bauteils entspricht, zusammenpassen.
• Warum es wichtig war:

Eine Fehlausrichtung der Montagebohrungen, der Führungsstiftpositionen oder der Krümmungsradien würde einen ungleichmäßigen Kontaktdruck verursachen, was zu einer übermäßigen Materialausdünnung auf der einen Seite des Formteils und zu großen Toleranzen auf der anderen Seite führen würde .
• Unsere Lösung:

Beide zusammenpassenden Hälften wurden mithilfe synchronisierter Koordinatenbezugssysteme bearbeitet. Die Passstiftlöcher, die Befestigungsmuster für die Endflansche und die Gewindebohrungen am Boden wurden in denselben primären Spannvorrichtungen wie die entsprechenden gekrümmten Oberflächen gebohrt . Diese einheitliche Anordnung gewährleistete, dass die tatsächliche geometrische Position der Positionierungselemente relativ zum dreidimensionalen gekrümmten Profil fixiert blieb .

Herausforderung 4: Vollständiges Entgraten der sich kreuzenden Kanäle und Anodisieren der Dimensionsstabilität

• Herausforderung:

Die Formoberfläche weist mehrere quer verlaufende Entlastungskanäle, durchbohrte Durchgangslöcher und Senkbohrungen auf, die die gewölbte 3D-Kontur in spitzen Winkeln schneiden .
• Warum es wichtig war:

Mikroskopisch kleine Grate an den Kanten dieser Querschlitze könnten die Oberfläche der Gerätefronten beim Umformen beschädigen . Darüber hinaus muss die chemische Anodisierung eine saubere, gleichmäßige Satinierung erzielen , ohne scharfe Kanten zu beschädigen oder unzulässiges Wachstum in Präzisionsbohrungen zu verursachen .
• Unsere Lösung:

Wir programmierten spezielle Werkzeugwege zum Anfasen und Entgraten mit Miniatur-Radiusfräsern entlang aller sich kreuzenden Kanalgrenzen. Nach dem CNC-Entgraten wurden die Teile einer optischen Prüfung und einer Feinbearbeitung von Hand unterzogen. Für die Oberflächenbehandlung wurden unsere Anodisierungsparameter präzise gesteuert, um eine klare Typ-II-Anodisierungsschicht zu erzielen, die die Aluminiumoberfläche härtete und gleichzeitig eine hohe Maßstabilität in den Montagebohrungen gewährleistete .

Unsere Fertigungslösung

Engineering- und DFM-Überprüfung

Bei der Überprüfung der ursprünglichen CAD-Modelle stellte das Ingenieurteam von HONSCN fest, dass die Übergangsradien im Inneren der Aussparung etwas enger waren als die Standardwerkzeugdurchmesser. Dies hätte den Einsatz von Fräsern mit großer Reichweite und kleinem Durchmesser erfordert, die anfällig für Rattern sind. In Zusammenarbeit mit dem Konstruktionsteam des Kunden optimierten wir den Eckradius – eine Verbesserung, die weder die Funktion noch das äußere Erscheinungsbild des Bauteils beeinträchtigte, aber den Einsatz eines steiferen Kugelkopffräsers mit größerem Durchmesser beim Schlichten ermöglichte.

CNC-Bearbeitungsstrategie

1. Um ein Gleichgewicht zwischen Bearbeitungseffizienz und Maßgenauigkeit zu erreichen, setzten wir eine mehrachsige CNC-Bearbeitungsanlage ein:
   Werkzeugwegoptimierung: Zur Minimierung der Wärmeentwicklung und des Werkzeugverschleißes im 6061-T6-Rohling wurde dynamisches trochoidales Schruppen eingesetzt.
2. Spezielle modulare Spannvorrichtung: Speziell angefertigte weiche Spannbacken und Unterplatten stützten das gebogene Werkstück entlang seiner natürlichen Krümmung und verhinderten so Vibrationen und Rattern bei Hochgeschwindigkeits-Schlichtbearbeitungen.
3. Kontinuierliche Mehrachsenbewegung: Der Fräser wurde in optimalen Vorschub- und Neigungswinkeln relativ zur gekrümmten Fläche positioniert, wodurch sichergestellt wurde, dass der Mittelpunkt der Kugelmühle (der eine Schnittgeschwindigkeit von null hat) niemals über die Formoberfläche gezogen wurde.

Mehrachsige CNC-Fräsbearbeitung von 3D-konturierten Aluminium-6061-T6-Formwerkzeugen mit Flutkühlmittel

Nachbearbeitung & Oberflächenveredelung

• Automatisiertes und manuelles Entgraten: Sich kreuzende Nuten wurden maschinell und manuell entgratet, wodurch 100% gratfreie Kanten gewährleistet wurden, ohne die funktionalen Ausrichtungsecken abzustumpfen .
• Kontrolliertes Glasperlenstrahlen: Durch gleichmäßiges Strahlen mit feinkörnigen Glasperlen werden die maschinell vorgegebenen Faserrichtungen aufgebrochen, während gleichzeitig präzisionsbearbeitete Referenzflächen und Positionierbohrungen abgedeckt werden.
• Klare Anodisierung: Die Anodisierung erfolgt in einem temperaturregulierten Säurebad, um eine gleichmäßige, klare anodische Oxidschicht zu erzeugen , die eine Verschleißfestigkeit der Oberfläche gegenüber wiederholtem Blechkontakt gewährleistet.

Wie wir das Teil hergestellt haben

Workflow-Pipeline:
Rohmaterial 6061-T6 ➔ 3D-Schruppen & Hohlraumfräsen ➔ Spannungsarmglühen / Planfräsen ➔ Mehrachsige 3D-Schlichtbearbeitung ➔ Bohren & Gewindeschneiden ➔ Entgraten & Kugelstrahlen ➔ Klares Anodisieren ➔ CMM-Verifizierung

• Schritt 1: Rohmaterialbeschaffung & -ausrichtung – Zertifizierte Aluminiumblöcke 6061-T6 mit vollständigen Materialprüfberichten (MTR) wurden zugeschnitten. Die Blöcke wurden auf einem CNC-Bearbeitungszentrum an allen sechs Seiten plangefräst, um zuverlässige Bezugspunkte für die nachfolgenden Mehrachsenbearbeitungen zu schaffen.
• Schritt 2: Hocheffizientes Schruppen und Spannungsausgleich – Es wurden hocheffiziente Schruppbearbeitungen durchgeführt, um Material aus dem Formhohlraum abzutragen und die äußeren Bogenflächen grob zu konturieren. Dabei wurde ein gleichmäßiges Aufmaß auf allen Oberflächen belassen. Die Teile wurden ausgespannt und bei Raumtemperatur stabilisiert, um die bearbeitungsbedingten Spannungen vor dem erneuten Einspannen abzubauen .
• Schritt 3: Nachbearbeitung der Basis und Vorschlichten — Die Blöcke wurden erneut auf der fertigen Montagefläche eingespannt, die Basis wurde erneut plan geschliffen, um etwaige geringfügige Abweichungen zu beseitigen , und es wurden Vorschlichtgänge mit Vollhartmetall-Schaftfräsern durchgeführt, um eine nahezu endgültige Form zu erzielen.

Flache, CNC-gefräste Montagebasis für den Werkzeugblock aus 6061-T6 Aluminium mit präzisionsgefertigten Gewindebohrungen

• Schritt 4: Mehrachsige 3D-Konturbearbeitung und Merkmalsbearbeitung – Kontinuierliche Mehrachs-Konturbearbeitung mit hochwertigen Mikrokorn-Hartmetall-Kugelfräsern. Das 3D-Sattelprofil, der längsverlaufende Steg, die passende Tasche und die Anordnung der quer verlaufenden Entlastungsnuten wurden bearbeitet. Senkbohrungen und Sackgewinde wurden in derselben Arbeitsfolge präzisionsgebohrt und gewindegefräst.
• Schritt 5: Entgraten, Kugelstrahlen & Klarlackieren – Die bearbeiteten Blöcke wurden entfettet und auf Mikrograte geprüft. Fachkräfte entgrateten alle sich kreuzenden Kanalecken. Kritische Bohrungsdurchmesser und Montageflächen wurden vor dem Feinstrahlen und dem natürlichen Klarlackieren Typ II abgeklebt.

Qualitätskontrolle

Um sicherzustellen, dass sich der zusammenpassende Formensatz in der Hydraulikpresse des Kunden zuverlässig ausrichten lässt, implementierte HONSCN einen strukturierten Qualitätssicherungsplan:

Hochpräzise CMM-Prüfung zur Verifizierung der 3D-Kurvenkontur und der Koordinatenpositionen von Bohrungen auf einer Granit-Oberflächenplatte

• Überprüfung des Rohmaterials: Die chemische Zusammensetzung und Härte der Legierung 6061-T6 wurden anhand von Werksprüfzeugnissen überprüft.
• Inspektion mit einer Koordinatenmessmaschine (KMM): Überprüfung der Mittenabstände der Befestigungslöcher, der Lochtiefen, der Gewindesteigung und der Ebenheit der hinteren Montagebasis .
• Überprüfung des 3D-Oberflächenprofils: Es wurde eine optische Oberflächenabtastung durchgeführt und mit dem nativen 3D-CAD-Modell verglichen, um zu bestätigen, dass die komplexe Sattelkrümmung über die gesamte Spannweite innerhalb enger Profilgrenzen gehalten wird.
• Optische Inspektion auf Grate: Jeder Querschlitz und jede Senkbohrung wurde unter optischer Vergrößerung inspiziert, um die vollständige Abwesenheit von Graten und scharfen Kanten zu bestätigen.
• Überprüfung der Passgenauigkeit der Trockenmontage: Vor der Verpackung wurden der männliche Kern und die weibliche Aussparung mit präzisionsgeschliffenen Messstiften ausgerichtet und zusammengefügt, um einen gleichmäßigen Spalt über die Trennlinie hinweg zu gewährleisten.

Projektergebnisse und Kundenfeedback

• Prototyp-Formensatz termingerecht geliefert: Beide Werkzeugblöcke wurden innerhalb des vereinbarten Bearbeitungszeitraums [Projektvorlaufzeit, z. B. ~2 Wochen] bearbeitet, entgratet, anodisiert und geprüft.
• Erstmusterprüfung bestanden: Der Kunde montierte den Formensatz direkt in seine Entwicklungspresse; die Mustergerätepaneele wurden sauber geformt, ohne Oberflächenkratzer oder Materialausdünnungen .
• Nahtlose Trennlinienausrichtung: Der Kunde bestätigte, dass sich die beiden Formhälften mit gleichmäßigem Kontakt und ohne jegliches Verklemmen schlossen .
• Bestellung von Produktionswerkzeugen aufgegeben: Aufgrund der Maßgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit der Prototypwerkzeuge hat der Kunde Bestellungen für mehrere zusätzliche Werkzeugvarianten für seine neue Gerätepalette bestätigt .

Kundenfeedback:
Der Kunde bestätigte, dass die Werkzeugblöcke mit glatter Ausrichtung und ohne sichtbare Abweichungen der Trennlinie montiert wurden und den Pilotformversuch beim ersten Presshub ohne Nachjustierung erfolgreich bestanden haben .

Warum der Kunde HONSCN gewählt hat

Bei diesem Projekt ging es nicht einfach nur darum, Aluminium auf einer Standardwalzmaschine zu schneiden. Es erforderte einen Fertigungspartner, der in der Lage war, den gesamten Lebenszyklus eines komplexen Umformwerkzeugs zu managen:
• DFM Foresight: Identifizierung potenzieller Reichweitenbeschränkungen des Schneidwerkzeugs und Vorschlag von Optimierungen des Übergangsradius vor dem Schneiden von Metall.
• Spannungsgesteuerte Bearbeitung: Vorwegnahme und Kompensation der natürlichen Verformungstendenzen von 6061-T6-Rohlingen bei starker Materialabtragung.
• Oberflächenintegrität: Die Kombination von mehrachsiger CAM-Programmierung mit disziplinierter Entgratungs- und Anodisierungskontrolle beseitigt kosmetische Mängel.
• Komplette schlüsselfertige Ausführung: Abwicklung von Schruppen, mehrachsiger Feinbearbeitung, Gewindeschneiden, Entgraten, Oberflächenbehandlung und CMM-Verifizierung unter einem Dach.

Abschluss

Die Herstellung von Präzisionsformen aus 6061-T6-Aluminium bietet erhebliche Kosten- und Zeitvorteile für die Prototypenfertigung und Kleinserienproduktion von Haushaltsgeräten. Um jedoch eine serienreife Leistung zu erzielen, ist eine sorgfältige Kontrolle der Werkzeugwege, der Spannungsarmglühung und der Oberflächenbeschaffenheit erforderlich, damit komplexe 3D-Profile ihre gewünschte Geometrie beibehalten.
Bei HONSCN Precision konzentrieren wir uns auf die Entwicklung des Fertigungsprozesses bis ins kleinste Detail – um sicherzustellen, dass jede Kontur, jeder Kanal und jedes Montageelement in den Montage- und Umformprozessen unserer Kunden harmonisch zusammenwirkt.
Für kundenspezifische CNC-gefräste Formenwerkzeuge, Präzisionsmetallkomponenten und mehrachsige Fertigungslösungen steht Ihnen unser Ingenieurteam von der ersten Entwurfsprüfung bis zur Serienlieferung zur Seite.