Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWUZielbranchen
Werkzeugmaschinenbau, Metallerzeugung und -bearbeitung, Werkzeug- und Formenbau
Problemstellung
Das maschinelle Oberflächenhämmern bzw. Festklopfen befindet sich seit etwa 2010 als anwendungsspezifische Sonderlösung im industriellen Einsatz zur Glättung und Verfestigung von Oberflächen im Werkzeug- und Formenbau. Da es sich beim Festklopfen um inkrementelles Umformen handelt, entstehen neben der Glättung der Oberfläche auch weitere positive Effekte bzgl. der Verschleißfestigkeit in oberflächennahen Bereichen wie Härtesteigerung, Einbringung von Druckeigenspannungen und Kaltverfestigung. Alle diese Effekte machen das Festklopfen für die Endbearbeitung von Umformwerkzeugen mit komplexer Oberflächengeometrie und hohen Anforderungen an Verschleißfestigkeit und Oberflächengenauigkeit sehr attraktiv. Die Optimierung der Prozessparameter durch die Ablösung konventioneller elektromagnetischer bzw. pneumatischer Aktoren als Antriebseinheit entsprechender Werkzeuge durch piezoelektrische Aktoren verspricht sowohl eine wachsende Anwendungsvielfalt als auch eine deutliche Effizienzsteigerung des Verfahrens.
Lösung
Am Fraunhofer IWU werden konsequent simulationsgestützt neuartige piezogetriebene Festklopfwerkzeuge (Piezo Peening) entwickelt und technologisch erprobt. Ziel ist die signifikante Erhöhung der Hämmerfrequenz von bislang 200 Hz bis 500 Hz auf 600 Hz bis 1000 Hz oder mehr. Damit verbunden ist eine Steigerung der Produktivität gegenüber bekannten Hämmerverfahren bei der maschinellen Finish-Bearbeitung im Werkzeug- und Formenbau um mindestens 50%. Das Antriebskonzept bietet zudem das Potential der automatisierten Identifikation und Überwachung prozessbestimmender Parameter zur Erhöhung der Verfahrensrobustheit und Wirtschaftlichkeit. Die Kombination des piezoelektrischen Werkzeugsystems mit den dafür prädestinierten Einsatzmöglichkeiten von Industrierobotern lässt überdies einen wirtschaftlichen Vorteil von etwa dem Faktor 2 erwarten.
