Referenzprojekte zum Thema Hochleistungsbearbeitung

Im Rahmen des Projekts wird eine Fertigungstechnik zur Herstellung von Profilwalzwerkzeugen entwickelt, die für Walzprägeprozesse wie die kontinuierliche und hochratenfähige Produktion von Bipolarplatten eingesetzt werden sollen.

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.

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.

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.

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.

Durch adaptive Klemm- und Stützelemente auf Basis piezoelektrischer Aktoren können Bauteilverformungen ausgeglichen werden. Spannelemente und Bauteil werden mittels FEM modelliert und die während des Bearbeitungsprozesses auftretenden Verformungen werden berechnet. Auf der Basis der FE-Berechnungen werden die notwendigen Eigenschaften der Klemm- und Stützmodule definiert, und die gesamte Spannvorrichtung optimiert.

Bei der Bearbeitung von Titanwerkstoffen sind große Wärmemengen durch effektive Kühlung abzuführen. Dafür werden Kühlschmierstrategien unter Berücksichtigung kryogener Kühlung oder Hochdruckkühlung getestet. Zur Optimierung der Bearbeitungsbedingungen erfolgen FEM-Simulationen zur Analyse der Werkzeugverformung mit dem Ziel, Korrektur- bzw. Kompensationsmethoden zur Gewährleistung der erforderlichen Maß- und Formgenauigkeit zu entwickeln.