Preisgekrönter Formenbauer vertraut auf NX

Werkzeug- und Formenbauer von Weltrang

Seit mehr als 40 Jahren ist Cavalier Tool and Manufacturing (Cavalier) weltweit erfolgreich für Kunden in der Werkzeugherstellungsbranche tätig. Cavalier erstellt Formen für verschiedenste Anwendungen, zu denen Produkte für die Automobil- und Freizeitbranche, das Gewerbe und die Agrarindustrie zählen. Das Unternehmen bietet Lösungen für Spritzgieß-, Strukturschaum-, Gasdruck-, Mehrfachspritzgieß-, Wärmehärtungs-, Prototyp- und Pressformen.

Cavalier wurde 1975 gegründet und beschäftigt mehr als 115 Mitarbeiter. Mit einer über 5000 Quadratmeter großen Anlage mit modernsten Konstruktions- und Fertigungsmöglichkeiten erstellt das Unternehmen Werkzeuge für Pressen mit Kapazitäten von 250 bis 4000 Tonnen und fertigt mehr als 200 Formen pro Jahr.

Schwierige Herausforderungen meistern

„Kleine und einfache Werkzeuge entwerfen kann jeder“, erklärt Jim Korenev, Systemadministrator bei Cavalier. „Wir hingegen wagen uns an die komplizierten Herausforderungen, um die andere lieber einen Bogen machen. Wir haben eine steile Lernkurve durchlaufen und sorgen für hochzufriedene Kunden.“

Cavalier bewältigt die schwierigen Herausforderungen der Werkzeugkonstruktion und verpflichtet sich der Qualität sowie kontinuierlichen Verbesserungen innerhalb des gesamten Unternehmens. „Wir haben beim Wachstum unseres Unternehmens auf die Entwicklung unserer Mitarbeiter, Prozesse und Ausstattung gesetzt“, berichtet Brian Bendig, President von Cavalier.

Für die richtige Erfolgsformel investiert das Unternehmen kontinuierlich in Software, Werkzeugmaschinen, Ausrüstung und Prozesse, die weltweit auf dem neuesten Stand sind. In seiner Eigenschaft als führendes Unternehmen seiner Branche hat Cavalier erkannt, dass neue und effizientere Hightech-Ausstattung- und Prozesse dem Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil verschaffen, und dies selbst in einem herausfordernden wirtschaftlichen Umfeld und gegenüber globalen Wettbewerbern mit kostengünstigen Fertigungsmöglichkeiten. Der Jahresumsatz ist in den letzten fünf Jahren von 8 Millionen auf 24 Millionen US-Dollar gestiegen und steigt weiter an.

„Wir entwickeln uns zu einem Anbieter, der komplexe Werkzeuge viel schneller erstellen kann – bis zu 20, 30 oder gar 40 Prozent schneller als unsere Wettbewerber“, so Bendig. „Wir sind stolz darauf, zu den Besten zu gehören. Wir sind zentraler Ansprechpartner bei schwierigen Herausforderungen, diejenigen, die es umsetzen.“ Cavaliers Überzeugung spiegelt sich im Unternehmensleitbild wider: Genau wissen, was zu tun ist. Es auf Anhieb richtig machen. In Zukunft noch besser werden.

Spitzentechnologie für den Formenbau

In seinem Streben nach innovativen Technologien hat sich Cavalier bereits vor langer Zeit für die Software NX™ vom PLM-Spezialisten (Product Lifecycle Management) Siemens Digital Industries Software als Standard-CAD-System (Computer Aided Design) entschieden. Als Korenev in den 90er Jahren Manager der Konstruktionsabteilung war, wollte er ein zuverlässiges Modellierungssystem implementieren und wählte Unigraphics Software, den Vorgänger von NX. In einer späteren Version der Software war mit dem Mold Wizard ein erweitertes Toolkit enthalten, das speziell entwickelt wurde, um die Formenkonstruktion zu beschleunigen. „Wir begannen mit einer Lizenz, nutzten das Tool und erkannten sein Potenzial“, sagt Korenev. „Da wir stetig mehr Konstrukteure für die Entwicklung unserer Produkte gewinnen konnten, haben wir auf elf Lizenzen erhöht.“

Cavalier setzt bei der Formwerkzeugkonstruktion ausschließlich auf NX. Das System enthält Werkzeuge zur Prozessautomatisierung, mit denen der Formenbau von der Teile- und Werkzeugkonstruktion, der Baugruppenkonstruktion bis hin zur Werkzeugvalidierung optimiert werden kann. In einem schrittweisen Arbeitsablauf bei der Formwerkzeugkonstruktion kombiniert NX erweiterte Automatisierung mit Kenntnissen und Best Practices des Formenbaus. Die dynamische Zuordnung von Formwerkzeugkonstruktionen mit Teilekonstruktionen ermöglicht den Konstrukteuren von Cavalier ein schnelles Reagieren auf Konstruktionsänderungen.

Effiziente Formwerkzeugkonstruktion

Ein typisches Projekt beginnt damit, dass Cavalier ein Angebot erstellt, das auf einem CAD-Modell des zu formenden Teils basiert. „Zunächst betrachten wir die Formbarkeit – wie soll das Teil geformt werden?“ Korenev erklärt: „Als Erstes müssen wir festlegen, welche Größe die Presse haben soll. Dafür berechnen wir das Volumen des Teils, um die erforderlichen Fluiddrücke des Kunststoffs festzulegen. Dann beschäftigen wir uns mit Formschrägen, Hinterschnitten und weiteren Aspekten des Teils, die den Formprozess beeinflussen könnten.“ NX ermöglicht es Cavalier, CAD-Modelle praktisch in jedem virtuellen Format anzunehmen, einschließlich nativer Dateien von allen großen CAD-Systemen und in allen neutralen Austauschformaten wie STEP, IGES oder dem Parasolid®-Softwareformat.

NX beinhaltet Werkzeuge zur Teileanalyse, die Cavalier dabei unterstützen, die Formbarkeit zu prüfen, einschließlich Prüfen der Wanddicke, der Schrägewinkelprüfung, dem Erkennen von Hinterschnittbereichen und Radiusevaluierung. Auf diesen Untersuchungen basierend bespricht Cavalier mit dem Kunden die Realisierbarkeit. „Manchmal weisen wir Kunden darauf hin, dass die Bearbeitung bestimmter Bereiche eines Teils problematisch sein könnte“, erklärt Korenev. „Beispielsweise ist vielleicht die Formschräge oder der Winkel nicht groß genug, um die Textur festzulegen. Möglicherweise weist das Teil auch Linien auf, die gefertigt werden müssen und wir müssen klären, ob sich ein Schieberweg auf der sichtbaren Oberfläche des Teils befinden darf. Auch die Rippen könnten zu dick sein, sodass es im Teil zu Absenkungen kommt. Es gibt viele Fragen, die es zu klären gilt.“

Ein weiteres häufiges Problem betrifft die Oberflächenqualität des CAD-Modells, denn sie kann die Bearbeitung der Form und die Qualität des fertigen Teils beeinflussen. „Manchmal erhalten wir CAD-Modelle mit einer Oberfläche aus vielen Patches, was ich als „Splitterglas“-Oberfläche bezeichne“, beschreibt Korenev. „Je mehr Patches vorhanden sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass die Datei beschädigt wird oder außerhalb des Toleranzbereichs liegt. Es ist sehr wichtig, mit sauberen CAD-Modellen zu arbeiten.“

Abhängig vom Teilemodell kann es sein, dass Cavalier mit einer einfachen Darstellung der Realisierbarkeit auf eine Angebotsanfrage reagiert. In anderen Fällen erstellt das Team von Cavalier ein Angebot mit ermittelten Preisen und Produktionszeiten.

Manchmal erstellt das Konstruktionsteam mit NX auch ein erstes CAD-Modell der Form, um die Genauigkeit des Angebots zu validieren. Zu diesem Zweck hat Cavalier ein kundenspezifisches Programm erstellt, das NX verwendet, um automatisch einen vollständigen Formaufbau zu generieren. Formenkonstrukteure können einige Parameter bereitstellen, wie beispielsweise Entfernungen des Teils auf der X- und Y-Achse, und das Programm wählt dann, basierend auf den Bemaßungen der Teile, Standardplatten aus, um den Formaufbau zu erstellen. „Innerhalb von 15 Minuten können wir ein detailliertes 3D-Modell erstellen, bei dem das gesamte Teil von Stahl umgeben ist und alle Platten im Formaufbau enthalten sind“, berichtet Korenev. „Verwendet wird die Benutzeroberfläche von NX, aber es ist unser Programm.“

Sobald der Kunde das Angebot annimmt, beginnt das Team von Cavalier mit der detaillierten Ausarbeitung der Form. Mit NX Mold Design teilen Konstrukteure den Kern und die Kavität, indem die Trennlinie erstellt und beide Teile voneinander getrennt werden. Bei steigender Komplexität der Formbaugruppe setzen die Konstrukteure die Farbkodierung von NX ein, um Details visuell besser unterscheiden zu können. Beispielsweise wird die Abdichtung, an der die zwei Teile aus Stahl aufeinandertreffen, grün dargestellt, Teileflächen grau, Verteilersysteme blau und Lüftungssysteme rosa. Die Farbkodierung unterstützt das gesamte Entwicklungsteam dabei, die Struktur und die Funktion der Form sofort zu überblicken.

Cavalier erstellt bei der Formwerkzeugentwicklung ein komplettes 3D-Baugruppenmodell mit jedem einzelnen Detail des Werkzeugs, das mit NX erzeugt wurde. Das Konstruktionsteam nutzt NX, um eine genaue Stückliste (BOM, Bill of Materials) für das Formwerkzeug und, wenn erforderlich, 2D-Konstruktionszeichnungen zu erstellen.

Sämtliche für die Fertigung benötigten Konstruktionsdaten werden über das Produkt- und Projekt-Managementsystem von Cavalier verwaltet, das die Formkomponentenmodelle von NX in Dateien umwandelt, die direkt für die NC-Programmierung und Bearbeitungsvorgänge eingesetzt werden können.

Die Anlage von Cavalier verfügt über modernste Technologie, einschließlich Mehrachsen-, Multifunktions- und Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren mit leistungsstarken Werkzeugwechslern. Die jüngsten Ergänzungen sind drei Funkenerosionsmaschinen (Electrical Discharge Machines, EDMs). Der Betrieb ist ein Modellbeispiel für Effizienz, sämtliche Vorgänge sind automatisiert und laufen rund um die Uhr mit minimalen manuellen Eingriffen.

Anpassung mit Programmierwerkzeugen von NX

Aufgrund seiner Erfahrung mit dem CAD-System hat Korenev Programme geschrieben, um so viele Funktionen wie möglich zu automatisieren. Hierbei wird die komplette Bandbreite der Anwendungsprogrammierungs- und Anpassungswerkzeuge, die in NX verfügbar sind, genutzt. Zu diesen zählen die Programmiersprache GRIP (Graphics Interactive Programming) aus früheren Versionen, die Visual Basic API (Anwendungsprogrammierschnittstelle), die Journalerstellung und die Software NX SNAP™.

„Programmierung ist wichtig für die Automatisierung von Vorgängen, die wir täglich nutzen, in vielen Fällen sogar vier oder fünf Stunden lang“, erläutert Korenev. „Dies sollte so einfach wie möglich und kundenspezifisch erfolgen. Programmierung kann einzelne Schritte eines Prozesses überflüssig machen oder auch das Auswählen und Anklicken reduzieren.“ Zusätzlich zum automatischen Erstellen des Werkzeugaufbaus verwendet Cavalier angepasste Programme, um das Einfügen von Attributen in Formbaugruppen zu optimieren, Gravierungen zu automatisieren und weitere Funktionen effizienter auszuführen.

Cavalier arbeitet eng mit Longterm Technology Services Inc. zusammen, einem Channel-Partner von Siemens Digital Industries Software, der auf Werkzeugbereitstellung und den Formenbau in der Automobilbranche spezialisiert ist. Neben der Unterstützung der Installation von NX bei Cavalier verfügt Longterm über Erfahrung in der Programmierung und unterstützt Cavalier bei Automatisierungsprojekten, um immer auf dem neuesten Stand zu bleiben. Die Zusammenarbeit von Longterm und dem Softwareentwicklungsteam von NX hat zu Softwareergänzungen geführt, die von Cavalier gewünscht worden waren. „Das Softwareentwicklungsteam richtet sich nach seinen Kunden. Bisher haben sie bei NX hervorragende Arbeit geleistet“, sagt Korenev. „Ich stelle fest, dass einige der von Cavalier gewünschten Dinge implementiert wurden.“

Anerkennen von Erfolg

Die Effizienz, Qualität und Innovation von Cavalier bei der Formwerkzeugherstellung wurde von MoldMaking Technology mit der Verleihung des Leadtime Leader Awards 2015 gewürdigt. Die jährliche Auszeichnung honoriert herausragende Leistungen der wichtigsten Hersteller in Nordamerika. Dabei wurden der standardisierte flexible Prozess, modernste Technologie und eine menschzentrierte Philosophie als zentrale Punkte der Führungsrolle des Unternehmens angeführt.