Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWUProblemstellung
Die Schneidkantenpräparation von Zerspanungswerkzeugen mit geometrisch bestimmter Schneide ist heute Stand der Technik. Die nach dem Schleifen scharfe, schartige und teils gratbehaftete Schneide wird egalisiert und durch eine Verrundung stabilisiert. Der optimale Grad der Verrundung hängt unter anderem von der lokal auftretenden Spanungsdicke und den wirksamen Frei- bzw. Spanwinkeln ab, die beim Wälzschälen lokal entlang der Schneide stark variieren. Mit gängigen Präparationsverfahren ist es bislang nicht wirtschaftlich möglich, eine definiert veränderliche Schneidkantengeometrie an komplexen Zerspanungswerkzeugen zu erzeugen. Eine konstante Schneidkantenverrundung an Wälzschälwerkzeugen stellt jedoch immer nur einen Kompromiss dar. Das Potenzial von Wälzschälwerkzeugen aus Vollhartmetall (VHM) hinsichtlich der Produktivität und Haltbarkeit wird aktuell nicht ausgeschöpft.
Zielstellung und Lösungsweg
Ziel ist die Herstellung belastungsgerechter Schneidkanten an Wälzschälwerkzeugen aus VHM mittels Hochdruck-Wasserabrasivstrahl. Hierzu ist die Entwicklung und Implementierung einer Anlage bestehend aus einer Parallelkinematik mit integrierter HD-Wasserstrahltechnik und der entsprechenden Technologie zur präzisen und lokalisierten SK-Präparation geplant. Unter »belastungsgerecht« wird ein entlang der Schneidkante variierender, an die beim Wälzschälen lokal differenten Zerspanungsbedingungen angepasster Schneidkantenradius verstanden. Gegenüber dem aktuellen Stand der Technik, bei dem technologisch bedingt eine konstante bzw. unerwünscht variierende Schneidkantenverrundung vorliegt, wird hierdurch eine Erhöhung der Werkzeugstandzeit, der Prozessstabilität und damit eine Reduzierung der Produktionskosten erreicht.
Voraussetzung für eine gezielte Auslegung der Schneidkantengeometrie ist die Kenntnis der während des Zerspanungsvorgangs vorherrschenden Bedingungen an der Schneide und eine Bewertung dieser hinsichtlich der Werkzeugbelastung. Der SKR soll hierfür als Parameter in einem vorhandenen Simulationsmodell zum Wälzschälen abgebildet werden, um damit Anforderungen an dessen Dimensionierung ableiten zu können. Die Kenntnis der Lage der Schneidkante relativ zum Werkzeughalter ist Voraussetzung für die Positionierung des Wasserabrasivstrahls.
Geplant ist deshalb die Entwicklung eines optischen Werkstückerfassungssystems zur Erfassung der IST-Lage und -geometrie der Schneidkante am Wälzschälwerkzeug und die Umsetzung einer rechnergestützten NC-Programmerstellung. Für die Auswahl technologisch sinnvoller Kennwerte ist mit Hilfe experimenteller Untersuchungen ein neues Prozessmodell zur Beschreibung des Einflusses von Arbeitsabstand, -druck, Werkzeugkeilwinkel und Vorschubgeschwindigkeit auf den Abtrag an der Schneide zu entwickeln. Darüber hinaus stehen die Entwicklung von Kompensationsstrategien sowie Hochdruckdüsen mit verringertem Durchmesser im Fokus.
