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Artikel mit den Schlüsselbegriffen LASERBEARBEITUNG

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Marcel Henerichs, Claus Dold, Konrad Wegener
Deutschland

Laserbearbeitete Diamantwerkzeuge ermöglichen hocheffiziente Bearbeitung von CFK für die Luftfahrtindustrie

Laserbearbeitete Diamantwerkzeuge ermöglichen hocheffiziente Bearbeitung von CFK für die Luftfahrtindustrie

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) verfügen über herausragende mechanische Eigenschaften bei geringem Gewicht. Diese Eigenschaften macht die Verwendung des Werkstoffes insbesondere für die Luftfahrtindustrie, den Automobilbau, Sportgerätehersteller sowie die Energiegewinnung interessant. Die zunehmende Verwendung von CFK erfordert effiziente Maschinenlösungen und leistungsfähige Zerspanwerkzeuge.

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Eckart Uhlmann, Christoph Hein, Robert Bolz
IWF TU Berlin
Deutschland

Direktstrukturierung von CVD-Diamant durch Laserablation

Direktstrukturierung von CVD-Diamant durch Laserablation
Das Fertigungsverfahren Funkenerosion (EDM, Electrical Discharge Machining) wird unter anderem bei der Herstellung von Mikrospritzguss- und Mikroprägewerkzeugen eingesetzt. Aufgrund der gewünschten hohen Verschleißfestigkeit dieser Werkzeuge, die mit entsprechenden mechanischen Eigenschaften wie hoher Härte und hoher Festigkeit des jeweiligen Werkstoffes einhergehen, sind bestimmte Strukturen mit spanenden Fertigungsverfahren oft nur schwer, bei komplexen Geometrien überhaupt nicht fertigbar. Die Funkenerosion, mit ihrer thermischen Wirkungsweise unabhängig von mechanischen Werkstoffeigenschaften, deckt diesen Bereich ab und stellt ein geeignetes Verfahren zur Herstellung komplexer Mikrogeometrien dar. Neben den EDM-Parametern hat auch der Werkzeugelektrodenwerkstoff großen Einfluss auf Bearbeitungsdauer, Verschleißverhalten und Bearbeitungsergebnis des EDM-Prozesses [1, 2]. Im Rahmen eines DFG-Forschungsprojekts wird am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der TU Berlin mit Unterstützung des Lehrstuhls für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle WTM der FAU Erlangen-Nürnberg der Einsatz von strukturierten bordotierten CVD-Diamantfolien als Werkzeugelektroden für die Mikrofunkenerosion erforscht. Dieser Werkstoff eignet sich aufgrund seiner Eigenschaften wie hoher Schmelztemperatur TS, einer hohen Wärmeleitfähigkeit λW und der hohen mechanischen Festigkeit σ bei geringer Masse für den Einsatz im µEDM-Bereich [3]. Die Herstellung der Diamantfolien erfolgt am WTM. Zur Mikrostrukturierung der CVD-Diamantfolien wird das Fertigungsverfahren Laserablation eingesetzt. Die folgend beschriebenen Untersuchungen zur Parameteroptimierung wurden am IWF durchgeführt.
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Alireza Vesali und Taghi Tawakoli
Kompetenzzentrum für Schleiftechnologie und Feinstbearbeitung (KSF), Hochschule (HS) Furtwangen/Furtwangen University
Deutschland

Effizientes Schleifen mit Laser strukturierten CBN-Schleifscheiben

Effizientes Schleifen mit Laser  strukturierten CBN-Schleifscheiben

Strukturierte Schleifwerkzeuge werden heutzutage als ein herausfordernder Trend der Schleiftechnologie sehr intensiv erforscht. Zu den neuartig strukturierten Schleifwerkzeugen gehören auch die Laser strukturierten CBN-Schleifscheiben, die einen unterbrochenen Schnitt beim diskontinuierlichen Schleifen ermöglichen. Um das Einsatzverhalten solcher Schleifscheiben analysieren zu können, wurden am Kompetenzzentrum für Schleiftechnologie und Feinstbearbeitung (KSF) diverse Vergleichsuntersuchungen zwischen nicht strukturierten und Laser strukturierten CBN-Schleifscheiben hauptsächlich im Bereich des Hochleistungsschleifens durchgeführt. Es konnte durch vorliegende Untersuchungsergebnisse nachgewiesen werden, dass der Einsatz der Laser strukturierten Schleifscheiben den Schleifprozess und dessen Ergebnisse maßgeblich vorteilhaft beeinflusst.

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Jan-Patrick Hermani, Michael Emonts, Christian Brecher
Fraunhofer IPT
Deutschland

Kurzpulslaserbearbeitung von monokristallinem CVD-Diamant

Kurzpulslaserbearbeitung von  monokristallinem CVD-Diamant
Diamantwerkstoffe werden wegen ihrer herausragenden Härte- und Verschleißeigenschaften häufig als Schneidstoff für Zerspanungswerkzeuge eingesetzt. Zur Bearbeitung von Diamantwerkstoffen werden seit dem 16. Jahrhundert Schleifverfahren angewandt und haben sich seitdem als Bearbeitungsverfahren für Diamanten etabliert. Aufgrund der hohen Härte von Diamantwerkstoffen können zur Schleifbearbeitung jedoch nur Schleifmittel verwendet werden, die ebenfalls mit Diamanten bestückt sind. Die artgleiche Schleifmittel-Werkstoff-Paarung führt zu hohem Werkzeugverschleiß, einer langen Bearbeitungsdauer und hieraus resultierenden hohen Bearbeitungskosten.
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Gerhard Flores und Elmar Hampp
Gehring Technologies GmbH
Deutschland

Laserkonditionieren von Honleisten

Laserkonditionieren von Honleisten
Diamant- und CBN-Honleisten sind aufgrund ihrer hohen Standmengen und reproduzierbaren Arbeitsergebnissen in der fertigungstechnischen Praxis allgemein eingeführt. Die Vorbereitung von Honwerkzeugen mit superharten Schneidleisten für den Einsatz in der Honmaschine erfordert in der konventionellen Konditionierung sowohl die Herstellung der Makrogeometrie wie Formgenauigkeit sowie die Erzeugung einer Mikrotopographie mit erhabenen Schneidkristallen. Ein neues Laserbearbeitungsverfahren ermöglicht es nun, zumindest in den Anwendungsbereichen mittlerer Siebkörnungen, den bisherigen Aufbereitungsmodus zu substituieren. Die Honleiste mit unmittelbar einsatzbereiter Topographie ohne aufwändige Aufbereitung ist das Ziel dieser neuen Technologie.
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Maximilian Warhanek, Josquin Pfaff
ETH Zürich Institut für Werkzeug-maschinen und Fertigung (IWF)
Schweiz

Positive Freiwinkel an Diamant Abrichtscheiben dank Ultrakurzpulslaser

Positive Freiwinkel an Diamant Abrichtscheiben dank Ultrakurzpulslaser

Abrichten ist ein kritischer Teil der Schleifprozesskette. Sowohl die Effizienz als auch die Ergebnisqualität von Schleifprozessen wird erheblich durch die Konditionierung des Werkzeugs beeinflusst [1]. Dabei stellt insbesondere der zunehmende Einsatz von superabrasiven Schleif- und Abrichtwerkzeugen aus Diamant und CBN eine Herausforderung für die Werkzeugkonditionierung dar. Aus diesem Grund werden vermehrt neue Methoden auf Basis von Elektroerosions- und Laserverfahren entwickelt und eingesetzt. In den vergangenen Jahren wurden im Bereich der Forschung diverse Laserprozesse in allen Bereichen des Abrichtens – Profilieren, Schärfen und Strukturieren – vorgestellt und vielversprechende Ergebnisse erzielt [1]. Große Fortschritte im Bereich der Industrietauglichkeit und Wirtschaftlichkeit von geeigneten Laserquellen haben zu ersten Schritten der industriellen Umsetzung dieser Prozesse geführt.

Dieser Artikel behandelt ein Lasertouchierverfahren welches neben der Herstellung der Makrogeometrie des Werkzeugs auch die Geometrie der Mikroschneidkanten am Abrasivkorn beeinflusst. In [2] werden die Vorteile dieses Vorgehens aufgezeigt. Obwohl die Form, Größe, Orientierung und Position der Körner stochastisch sind, gelingt die Herstellung eines positiven Freiwinkels auf einem Großteil der im Abrichtprozess aktiven Körner. Dieser Lasertouchierprozess wird an galvanisch einschichtig belegten Diamantabrichtstiften demonstriert. Der Einfluss von Freiwinkeln auf Diamantabrichtscheiben beim Konditionieren von Korundschleifwerkzeugen wird untersucht und unterschiedliche Einflussgrößen beleuchtet.

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B. Denkena, T. Grove, A. Krödel
Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover
Deutschland

Schneidkantenmikropräparation an pCBN-Werkzeugen mittels Kurzpulslaser

Abbildungen: IFW Uni Hannover, DMG
Abbildungen: IFW Uni Hannover, DMG

Einleitung

Polykristallines kubisches Bornitrid (pCBN) ist neben Diamant der zweithärteste Werkstoff. Aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften, insbesondere bei hohen Temperaturen, wird pCBN in der Zerspanung gehärteter Stähle, der Bearbeitung von Superlegierungen sowie der Gussbearbeitung eingesetzt. Aufgrund der hohen Festigkeit des Schneidstoffs gestaltet sich die formgebende Bearbeitung mit mechanischen Verfahren, beispielsweise dem Schleifen [1], ressourcen- und kostenaufwändig. Hieraus resultieren aktuell bis zu 20-fach höhere Kosten für pCBN-Werkzeuge gegenüber vergleichbaren Hartmetallwerkzeugen. Um derartige Kostenunterschiede zu rechtfertigen, müssen pCBN-Werkzeuge eine deutlich erhöhte Leistungsfähigkeit gegenüber Hartmetallwerkzeugen aufweisen. Eine Möglichkeit die Leistungsfähigkeit zu steigern, besteht in der anwendungsspezifischen Auslegung der Schneidkantenmikrogeometrie [2, 3]. Die heute eingesetzten mechanischen Verfahren zur Schneidkantenpräparation wie Bürstspanen, Schleppschleifen oder Mikrostrahlen weisen aufgrund der hohen mechanischen Festigkeit von pCBN einen erhöhten Verschleiß auf, wodurch die Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit eingeschränkt wird.

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Dr. Claus Dold
Ewag AG
Schweiz

Think Laser! Technologie mit starkem Wachstumspotenzial

Think Laser! Technologie mit starkem Wachstumspotenzial
Ewag ist Synonym für innovative Fertigungslösungen in der Werkzeugherstellung und seit nun mehr als 35 Jahren mit der Formgebung von Diamantschneiden international im Markt tätig. Bereits in den achtziger Jahren bewies Ewag Pioniergeist mit der Kombination von Erodieren und Kraft geregeltem Oszillationsschleifen von PKD-Schneidstoffen in einer Aufspannung.
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Sauer GmbH Lasertec
Deutschland

„Grüne“ Alternative zu konventionellen Bearbeitungsverfahren

„Grüne“ Alternative  zu konventionellen Bearbeitungsverfahren

Wo konventionelle, mechanische Bearbeitungsverfahren wie das Schleifen und Erodieren durch den Einsatz hoher Prozesskräfte sowie durch negative thermische Reaktionen in Diamantschneidstoffen bereits heute an ihre Grenzen stoßen – da kann die Lasertechnologie ihre Stärken ausspielen.