Bei der spanenden Bearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen und Keramik treten heute noch typische Fehler wie Faserausrisse, Delamination und Ausbrüche des Werkzeuges bzw. des Werkstücks auf. Die Effizienz der Bearbeitung metallischer Werkstoffe beschränken schlecht abzuführende Späne und Gratbildung.
Verbesserte Bauteilqualität und einfache Nachrüstung
»Die von uns gemeinsam mit vier Industriepartnern entwickelten ›PermaVib‹-Systeme ändern das«, sagt Martin Hamm, Wissenschaftler am Fraunhofer IWU. »Sie regen das Werkzeug mit Ultraschall zum Schwingen an und sorgen so dafür, dass bis zu 40 Prozent weniger Kraft für die Bearbeitung aufgebracht werden müssen«. Dadurch werden geringere Spangrößen, eine verbesserte Spanabfuhr und eine verbesserte Bauteilqualität erzielt, gleichzeitig wird der Werkzeugverschleiß um bis zu 50 Prozent reduziert. Zudem lassen sich bestehende Werkzeugmaschinen ohne großen Aufwand mit den Systemen nachrüsten, weil diese als Module in beliebige Bearbeitungszentren integriert werden können. »Hier ist ›PermaVib‹ konkurrenzlos«, so Hamm. »Denn die wenigen ähnlichen Produkte, die derzeit schon auf dem Markt sind, setzen die Anschaffung spezieller Maschinen voraus und sind deshalb lediglich für die Bearbeitung kleinerer Bauteile geeignet.«
Ausgeführt sind die »PermaVib«-Systeme als Werkzeughalter mit Schrumpffutter, die anstelle der konventionellen Werkzeughalter in die Maschinenspindel eingesetzt werden. Im Innern verfügen sie über einen piezokeramischen Wandler, der eine hochfrequente elektrische Wechselspannung in schnelle Bewegungen übersetzt. So werden die konventionellen Vorschub- und Schnittbewegungen von einer Längsschwingung überlagert. Durch die Geometrie des Systems wird die Schwingungsamplitude verstärkt. An der Werkzeugspitze werden so Werte im zweistelligen Mikrometerbereich erreicht. Das Gehäuse ist jedoch von den Schwingungen entkoppelt, womit Spindel und Lager vor unerwünschten Vibrationen geschützt sind.
Autarke Regelung und Energieversorgung
Die Regelung und Energieversorgung von »PermaVib« erfolgt unabhängig von der Energieversorgung und Steuerung des jeweiligen Bearbeitungszentrums, indem eine externe Versorgungseinheit außerhalb des Arbeitsraumes aufgestellt wird. »Auf diese Weise müssen keine Umbauten an der Maschine vorgenommen werden«, erklärt Martin Hamm. »Das garantiert maximale Flexibilität.«
»PermaVib« im Einsatz erleben
Den Einsatz von »PermaVib« können Interessierte bei der Veranstaltung »Ultraschalltechnik in der Zerspanung - Systeme und Effekte« am 22. November erleben. Die Ultraschall-Schwingsysteme stehen im Rahmen der 4. »Produktionstechnischen Gespräche Dresden« im Versuchsfeld des Fraunhofer IWU im Mittelpunkt. Teilnehmer erhalten hier bei Teilnehmer erhalten hier bei Live-Vorführungen im engen Expertenkreis die Möglichkeit, die technischen Details der adaptronischen Komponente praktisch kennenzulernen. Impulsvorträge von hochrangigen Vertretern aus der Industrie gewähren Einblick in neuste Entwicklungstrends in der Zerspanung.
Förderhinweis
Das PermaVib-Schwingsystem wurde entwickelt in Zusammenarbeit mit den Industriepartnern DEVAD GmbH, EAAT GmbH, Parker Hannifin Manufacturing Germany GmbH & Co. KG sowie TIXBO Automotive GmbH. Gefördert wurde das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programms »Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation«.
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU