Referenzprojekte zum Thema Hochleistungsbearbeitung

Zur Analyse von Werkzeugen mit komplexer Geometrie und modularem Aufbau hat sich die Methode der Finiten Elemente (FEM) bewährt. Die numerische Simulation des Werkzeugverhaltens ergibt wesentliche Vorteile gegenüber einer erfahrungsbasierten Vorgehensweise. Dabei wird eine durchgehende Betrachtung spanender Werkzeuge von der Schneide bis zur Spindelschnittstelle angestrebt. Durch die enge Kopplung mit Experimenten wird die Realitätsnähe der FE-Modelle gewährleistet.

Bei der Feinbearbeitung von gehärteten Kurbelwellen sind neben der hohen Werkstoffhärte vor allem die Einhaltung einer Formtoleranz von wenigen Mikrometern sowie hohe Oberflächengüten die größten fertigungstechnischen Herausforderungen. Derzeit sind diese nur durch Verfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide, wie dem Schleifen, lösbar. Nachteilig ist dabei der hohe Ressourcen- und Energiebedarf, vor allem für die Kühl- und Schmierstoffversorgung dieser Prozesse. Das Fraunhofer IWU entwickelt deshalb Prozessketten zur Kurbelwellenfertigung, die komplett ohne Kühlschmierstoffe auskommen.

Für eine Endbearbeitung von Bauteilen im harten Zustand, bspw. hochfeste Konstruktionswerkstoffe, werden innovative, serientaugliche Hochleistungswerkzeuge benötigt. Ein solches ultrahartes und prozesssicheres Werkzeug wurde am Fraunhofer IWU entwickelt. Es ist sowohl für die Schrupp- als auch für die Endbearbeitung geeignet.

Die SmartTool.connect-Technologie ermöglicht es Ihnen, Ihre Zerspanungsprozesse mithilfe eines aktiven und intelligenten Werkzeughalters zu optimieren. Durch die Integration von kabellosen Komponenten können Prozessdaten wirkstellennah erfasst und in Echtzeit übertragen und ausgewertet werden. Der Bearbeitungsprozess lässt sich auf diese Weise gezielt führen und in einem weiteren Schritt adaptiv regeln. Die Integration von Ultraschalltechnologie zur schwingungsüberlagerten Bearbeitung führt darüber hinaus zu einem verbesserten Spanbruch und verminderter Gratbildung.

Hybridwerkstoffe sind eine große Herausforderung für spanende Verfahren. Daher haben wir für die Bearbeitung von geometrisch komplexen Hybridprofilen neue Technologien entwickelt, mit denen die Zerspanung prozesssicher optimiert werden kann. Wichtiger Bestandteil ist eine Prozesssensorik, die umfangreiches Datenmaterial generiert. Auf dessen Grundlage wird die Prozessqualität beurteilt und Empfehlungen zur Maschinengestaltung können abgeleitet werden.

Erhitzen sich Bohr-, Dreh- oder Fräswerkzeuge während des Fertigungsprozesses, kann dies Ursache für erhebliche Bearbeitungsungenauigkeiten sein. Üblicherweise wirkt man diesem Problem mit einer Vollstrahlschmierung entgegen, was jedoch verschiedene Nachteile mit sich bringt. Vor dem Hintergrund einer energieeffizienten Produktion zeigt sich daher ein Trend zur Trockenbearbeitung bzw. Schmierung mit Minimalmengen. Die wärmebedingte Verformung des Werkzeugs ist dadurch ausgeprägter. Dem lässt sich entgegenwirken, indem man den TCP gezielt versetzt.

Beim Tiefbohren mit Einlippenbohrern bilden sich Späne, die durch die Nut des Bohrers abtransportiert werden müssen. Hinzu kommen Werkzeugschwingungen und -verschleiß. Mithilfe eines neuentwickelten, nachrüstbaren Systems zur Ultraschallunterstützung können diese Probleme minimiert werden. Ein Effekt: Der Werkzeugverschleiß lässt sich um bis zu 60 Prozent reduzieren.

Bei der Bohr- und Drehbearbeitung lang spanender Werkstoffe treten oft Probleme hinsichtlich Spanbruch und -abfuhr auf, was zu Beschädigungen an Werkstück und Werkzeug führen kann. Durch Überlagerung des Zerspanungsprozesses mit Ultraschallschwingungen von 20 bis 30 kHz kann dieser positiv beeinflusst werden. Beim Tieflochbohren lassen sich auch unter den Bedingungen einer Minimalmengenschmierung nachweislich kürzere Späne erreichen.

Durch FE-Simulationen von Zerspanungsprozessen kann die freiwerdende Prozesswärme berechnet werden. Da hierzu eine Reihe von unbekannten Modellparametern erforderlich ist, erfolgen zu deren Bestimmung experimentelle Untersuchungen. Durch den Abgleich mit Messergebnissen können die thermo-mechanischen Modelle von Werkzeugen und Spannmitteln verbessert werden. Auf dieser Basis kann die geforderte Fertigungsgenauigkeit erreicht werden.

Die kryogene Kühlung birgt das Potenzial einer kostengünstigen und energieeffizienten Hochleistungsbearbeitung, welche eine ausreichende Kühlung und gleichzeitige Schmierung gewährleistet. Im Rahmen eines Verbundprojekts werden die Grundlagen zur Fräsbearbeitung hochfester, schwer spanbarer Werkstoffe mit kryogener Kühlung geschaffen. Im Ergebnis können sowohl die Bearbeitungskosten als auch der Zeit- und Energieaufwand bei der Fräsbearbeitung gesenkt werden.