• Land: Deutschland
  • Artikel vom: 21 November 2012
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  • Kategorie(n): Zerspanen, WERKZEUG ANWENDUNGEN, Werkzeuge nach Schneidstoffen
  • Tool-Designer Coolant hilft aufwändige Herstellung von Prototypen zu vermeiden

    Faserverstärkte Werkstoffe und andere Verbundwerkstoffe sind in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen, dank ihrer Eigenschaftsvorteile wie geringes Gewicht oder verminderte Korrosion, auf dem Vormarsch. Das Zerspanungsverhalten dieser Werkstoffe ist jedoch nicht vergleichbar mit der Zerspanung von metallischen Materialien.

    Delaminierung, Faserbruch und -auszug sowie Ausfransungen sind häufig auftretende Probleme beim Bohren und Fräsen von kohlefaserverstärkten Werkstoffen (CFK). Werkzeughersteller sind daher gefordert, Produkte zu entwickeln, die den besonderen Eigenschaften dieser Werkstoffe bei der Bearbeitung Rechnung tragen. Neue Werkzeuggeometrien werden benötigt, um ein qualitativ hochwertiges Bearbeitungsergebnis zu erzielen. Die Tool-Designer Suite des Stuttgarter Software- Herstellers ISBE unterstützt mit vier aufeinander abgestimmten Modulen die effiziente Entwicklung neuer Werkzeuggeometrien für die Zerspanung metallischer Werkstoffe und von CFK. Die aufeinander abgestimmten Software- Module der Suite bieten einen nahtlosen Datenaustausch beim Design innovativer Werkzeuggestalten. Die Entwicklung für Neuwerkzeuge wird im Vergleich zur CAD-basierten Entwicklung durch den Einsatz der ISBE Software deutlich beschleunigt. Entwicklungsziele werden sowohl effizient erreicht. Im Bereich der Produktion sorgt die softwareunterstützte Generierung der NC-Programme zusätzlich für einen erhöhten Nutzungsgrad der Maschine beim Werkzeugschleifen, bedingt durch kürzere Einfahrzeiten sowie eine effizientere Produktion der Werkzeuge.

    3D-Werkzeug-Modelle erzeugen

    Die „Schaltzentrale“ des Software- Pakets ist der Tool-Designer WinNut – damit haben Konstrukteure die Möglichkeit, neben einer genauen Beschreibung der Außenkontur des Werkzeugs ein exaktes, optimales Nutprofil zu modellieren sowie die erforderliche Schleifscheibe samt Verfahrwegen zu berechnen. Die Modellierungen werden für Bohrer, Fräser, Reibahlen, Gewindewerkzeuge, Stufen- oder Verzahnungswerkzeuge durchgeführt. Für die Definition der Außenkontur stehen Vorlagen für Standard- typen zur Verfügung; komplexe Geometrien werden nach dem Baukastenprinzip erstellt. Die Definition der Nut erfolgt über die Eingabe von Parametern zum Nut-Spanraum. Dieser kann beliebig definiert werden, um optimale Zerspanbedingungen zu erzielen. Im Ergebnis erhält der Konstrukteur ein virtuelles 3DWerkzeugmodell einschließlich Verfahrwegen (NC-Programm) und Definition des erforderlichen Schleifscheibenprofils.

    Anordnung der Kühlkanäle

    Eine neue Komponente der Software Suite ist der Tool-Designer Coolant zur Definition komplexer Kühlkanäle. Die optimale Anordnung von Kühlkanälen im Zerspanungswerkzeug sorgt dafür, dass während des Bearbeitungsprozesses weniger Hitze entsteht. Durch Hitzeentwicklung können bei der Bearbeitung von CFK Schädigungen des Matrixgefüges auftreten. Mit dem Einsatz von Werkzeugen, bei denen die Definition der Kühlkanäle auf den Werkstoff optimal abgestimmt ist, können thermische Schädigungen während der Bearbeitung vermieden werden. Dies bietet Spielraum für die Steigerung der Zerspanleistung von CFK-Strukturen. Auch für metallische Werkstoffe können exakt ausgelegte Kühlkanäle die Hitzeentwicklung drastisch reduzieren, wodurch sich Standzeit- und Produktivitätsvorteile bei der Bauteilbearbeitung ergeben. Die Daten aus der Schaltzentrale des Software- Pakets werden nahtlos in den Tool-Designer Coolant übernommen. Alle Arten von Kühlkanälen – spiralisierte sowie zentrale Kanalführung mit oder ohne Abzweigungen – können mit sofortiger 3D-Visualisierung des Werkzeugs virtuell angelegt werden. In der Visualisierung werden die Kühlkanäle in Kombination mit den bereits angelegten Nut-Spanräumen dargestellt. Im 3D-Modell ist für den Konstrukteur klar erkennbar, wie die Kühlkanäle im fertigen Werkzeug verlaufen, wo diese austreten und in welchem Verhältnis sie zu den Nut-Spanräumen stehen. Damit wird sichergestellt, dass durch die Anordnung der Kühlkanäle keine konstruktiven Schwachstellen im Werkzeug entstehen. Bisher musste erst zeitaufwändig mit einem CADSystem konstruiert, oder ein mit Kühlkanälen präparierter Prototyp gefertigt werden, um das Verhältnis der Anordnung von Kühlkanälen zum Nut-Spanraum beurteilen zu können. Mit dem Tool-Designer Coolant werden Kühlkanäle schnell definiert und die aufwändige Herstellung von Prototypen für die Überprüfung der Kanäle entfällt. Für viele Zerspanungswerkzeuge werden die Kühlkanäle bereits im Rohling angelegt – eine optimale Definition der Kanäle ist daher essentiell, um Ausschuss zu vermeiden.

    Schleifbare Werkzeuggeometrien

    Ein weiterer wichtiger Schritt bei der Werkzeugkonstruktion ist die Definition der Werkzeugstirn. Dafür stellt ISBE als neue Komponente den Tool-Designer Point zur Verfügung – auch hier werden alle bereits in anderen Modulen des Software-Pakets definierten Parameter übernommen. Verfahrwege für die komplette Stirnbearbeitung, Stirnhinterschliffe sowie verschiedene Ausspitzungen werden berechnet und ein schleifbares, virtuelles 3D-Modell der Stirn erzeugt. Für die Konstruktion komplexer Werkzeuge steht das neu entwickelte PS Contour Grinding Modul zur Verfügung. Damit hat der Anwender die Möglichkeit, Freiwinkel am Umfang – auch Hinterschliffe genannt – für komplexe Werkzeugkonturen zu definieren und dazu Verfahrwege zu berechnen. Mit der Software können ferner Hinterschliffe für ungleich geteilte Nuten oder Nuten mit unterschiedlichen Steigungen definiert werden. Im Ergebnis erhält der Anwender ein schleifbares, virtuelles 3D-Modell des Werkzeugs, das alle in den verschiedenen Anwendungen der Tool-Designer Suite definierten Parameter berücksichtigt. Für die Übermittlung der Daten zur Außenkontur des Werkzeugs an die Werkzeugschleifmaschine steht die DXF-Schnittstelle zur Verfügung. Interessanter Ausblick in diesem Zusammenhang ist die Entwicklung der Datenschnittstelle GDX 2.0, die momentan in einem VDIArbeitskreis als standardisierte Version umgesetzt und wohl ab 2013 verfügbar sein wird. Die offene Datenschnittstelle, die speziell für die Konstruktion und Herstellung von Zerspanungswerkzeugen entwickelt wurde, ermöglicht einen durchgängigen Datenfluss der Werkzeugparameter einschließlich Verfahrwegen zwischen Konstruktionssoftware, Werkzeugmesssystem und Werkzeugschleifmaschine. Die erneute Eingabe der Daten an der NC-Maschine entfällt und bedeutet für die Werkzeughersteller eine Steigerung der Effizienz sowie eine Minimierung von Fehlerquellen.

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