22.08.2013 - Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT)

Effizientere Zerspanprozesse für den Werkzeug- und Turbomaschinenbau

Für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe, wie sie im Turbomaschinen- und Werkzeugbau zum Einsatz kommen, entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen neue, effizientere Zerspanprozesse.

Neue, technologisch anspruchsvolle Fertigungsprozesse gelangen nur dann in die industrielle Praxis, wenn sie sich auch effizient und kostengünstig einsetzen lassen. Doch gerade bei der Herstellung von Bauteilen aus schwer zerspanbaren Werkstoffen auf Nickel- oder Titanbasis mit geometrisch komplexen Freiformflächen wie Triebwerkskomponenten oder Werkzeugen für die Massivumformung unterliegen die Zerspanwerkzeuge hohen mechanischen und thermischen Belastungen. Der stärkere Verschleiß der Zerspanwerkzeuge sowie Schwingungen und langwierige Nacharbeiten verlängern die Bearbeitungsdauer, erhöhen den Werkzeugbedarf und führen damit zu hohen Kosten, die den kompletten Fertigungsprozess ineffizient erscheinen lassen.

Prozessoptimierung: Schneller und günstiger zum komplexen Bauteil

Das Fraunhofer IPT arbeitet deshalb intensiv daran, diese Prozesse zu verbessern und kostengünstiger zu gestalten, damit sich ihr Einsatz lohnt: Dafür werden die Prozessparameter genau an die Erfordernisse der Bearbeitungsaufgabe, vor allem an den Werkstückwerkstoff und die Bauteilgeometrie, angepasst. So lassen sich die hohen Belastungen an den Werkzeugschneidkanten verringern, prozessbedingte Schwingungen des Bauteils reduzieren und dadurch Prozesse stabilisieren. Das Ergebnis: Die Zerspanwerkzeuge und Werkzeughalter müssen seltener gewechselt werden. So verkürzen sich die Bearbeitungszeiten und die Kosten für die Herstellung der komplexen Bauteile sinken insgesamt deutlich.

Tauch- und Trochoidalfräsen im industriellen Einsatz

Die Aachener Ingenieure entwickeln und qualifizieren in zahlreichen Projekten gemeinsam mit Partnern aus der Industrie unterschiedliche Zerspanwerkzeuge, Frässtrategien und dazu passende Spannsysteme. Hier spielen Werkzeuggeometrien, - werkstoffe und -beschichtungen eine zentrale Rolle. Anhand neuer Methoden der Prozessauslegung lassen sich optimale Werkzeugbahnen und Prozessparameter festlegen, damit auch Verfahren wie das Tauch- oder Trochoidalfräsen ihre Flexibilität endlich im industriellen Einsatz unter Beweis stellen können.

Das Fraunhofer IPT setzt dabei auf eine durchgängige CAx-Kette: Eine Datenbank mit Informationen über die unterschiedlichen Materialien, Werkzeuge und Bearbeitungsprozesse ist dafür verknüpft mit einem Prozessanalyse-Tool, das Werkzeugbahnen, Schneideneingriffe und die Restmaterialverteilung vergleicht und optimiert. Individuell an die Fertigungsaufgabe angepasste, adaptive Spannsysteme verkürzen zusätzlich die Spann- und Rüstzeiten und erhöhen die Genauigkeit und Stabilität der Fertigung.

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