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Eckart Uhlmann, Bartek Stawiszynski, Christoph Leyens
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb/TU Berlin
Deutschland

Leistungsfähigkeit moderner HiPIMS- und ARC-Schichten

Leistungsfähigkeit moderner HiPIMS-  und ARC-Schichten
In der heutigen Anwendung sind beschichtete Hartmetallwerkzeuge in der Zerspanung von Stählen Stand der Technik. Durch das hohe Potenzial der High Power (Im)-Pulse Magnetron Sputtering-Beschichtungstechnik (HiPIMS bzw. HPPMS) ist eine Anwendung von Verschleißschutzschichten auch in der Hartzerspanung möglich. Im Vergleich zu den mit dem üblichen Direct Current Magnetron Sputtering (DCMS)-Prozess abgeschiedenen Hartstoffschichten verfügen HiPIMS-Schichten über eine höhere Härte, höhere Haftfestigkeit und eine dichtere Schichtstruktur. In diesem Beitrag wird die Resistenz gegen einzelne Verschleißmechanismen von ARC (engl. für Lichtbogenverdampfung)- und HiPIMS-Beschichtungen anhand von Modellverschleißtests aufgezeigt. Anschließend wird das Verschleißverhalten beschichteter Wendeschneidplatten in Drehexperimenten an gehärtetem Stahl 1.2344 (54 HRC) verglichen und ausgewertet
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Eckart Uhlmann, Dirk Oberschmidt, Stephanie Frenzel, Julian Polte
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der TU Berlin
Deutschland

Methode zur Erfassung von Temperaturen in der Diamantschneide

Thermomechanische und vor allem chemische Verschleißmechanismen beeinflussen die Kontaktflächen unmittelbar zwischen dem Diamantwerkzeug und dem Werkstück bei der Ultrapräzisions(UP)-Zerspanung. Dabei handelt es sich um ein bereits häufig untersuchtes Phänomen in Bezug auf die Stahlzerspanung, jedoch nicht hinsichtlich der Zerspanung vermeintlich „diamantzerspanbarer“ weicher Buntmetalle, wie Aluminium oder Kupfer. Innerhalb des UP-Prozesses hängen arithmetische Mittenrauwerte Ra und Peak-to-Valley-Werte P-V in hohem Maße von dem Verschleißzustand des Diamantwerkezuges ab. Die Werkzeugtemperatur  ϑ ist hierbei als noch nicht hinreichend untersuchte Prozessgröße für die ganzheitliche Betrachtung des auftretenden Diamantverschleißes zu sehen [2]. Darüber hinaus können die gewonnenen Temperaturdaten dazu dienen, bestehende Temperaturmodelle anzupassen, wenn nicht sogar zu korrigieren [2]. Bisher basiert der Werkzeugwechselzeitpunkt tWW vorrangig auf systematischen Werkzeugwechseln, veranlasst aufgrund der erzeugten Oberfläche, des ersichtlichen Werkzeugzustandes oder individueller Erfahrung des Maschinenbedieners. Es ist anzunehmen, dass eine kosteneffiziente UP-Zerspanung mit einem optimalen Werkzeugwechselzeitpunkt tWW basierend auf Temperaturdaten erzielt werden kann. Im Gegensatz zur Makrozerspanung ist derzeit in der UP-Zerspanung kein aussagekräftiges Online-Monitoring für Diamantwerkzeuge verfügbar. Der aktuelle Mangel an geeigneten Temperaturmessmethoden hinsichtlich Baugröße, Auflösung und Ansprechzeit ist Ausgangspunkt für das hier vorgestellte Grundlagenforschungsprojekt, welches durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird.
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Sascha Rausch, Petra Kersting, Dirk Biermann
Institut für Spanende Fertigung (ISF), Technische Universität Dortmund
Deutschland

NC-Formschleifen von hartstoffbeschichten Tiefziehwerkzeugen

NC-Formschleifen von hartstoffbeschichten Tiefziehwerkzeugen

Aufgrund der gesetzlichen Bestimmung zur CO2-Reduktion in der Automobilindustrie werden vermehrt neuartige hoch- und höchstfeste Blechwerkstoffe im Karosseriebau eingesetzt, um eine Verringerung des PKW-Gewichts zu erzielen. Die Formgebung dieser Werkstoffe führt jedoch zu einer reduzierten Standzeit der kostenintensiven Umformwerkzeuge. Zur Steigerung der Verschleißbeständigkeit dieser Werkzeuge können thermisch gespritzte Hartstoffschichten aufgebracht werden. Aufgrund der spritzrauen Oberflächen sind diese jedoch schleifend nachzuarbeiten, um die geforderte Form- und Maßhaltigkeit sowie die Oberflächenqualität zu gewährleisten.

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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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Berend Denkena, Thilo Grove, Leif Behrens
Leibniz Universität Hannover Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen
Deutschland

Produktives Schleifen von PCBN-Wendeschneidplatten

Abb. 1: Schleifen von PCBN-Wendeschneidplatten an einer Wendt WAC 715 Centro mit keramisch gebundenen Diamant-Topfschleifscheiben
Abb. 1: Schleifen von PCBN-Wendeschneidplatten an einer Wendt WAC 715 Centro mit keramisch gebundenen Diamant-Topfschleifscheiben

Wendeschneidplatten aus PCBN sind hochleistungsfähige Werkzeuge und übertreffen andere Schneidstoffe in der Zerspanung häufig hinsichtlich der erreichbaren Qualität und Produktivität. Jedoch sind sie auch deutlich teurer in der Anschaffung. Der hohe Anschaffungspreis wird in erster Linie durch die hohen Herstellungskosten, die durch den Prozessschritt des Schleifens dominiert werden, verursacht. Durch die gezielte Anwendung des Wissens über die Zusammenhänge zwischen Prozessführung und wirkenden Verschleißmechanismen kann das Schleifen produktive und leistungsfähige PCBN-Wendeschneidplatten für die Zerspanung bereitstellen.

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Vandurit GmbH
Deutschland

Rollfeed Turning von Vandurit – Die Taktzeiten beim Drehen sinken um bis zu 90%

Fotos: Vandurit

Was ist das Erfolgsgeheimnis hinter effizienten Drehprozessen – gerade bei komplexen Bauteilen? Eine der wichtigsten Antworten lautet: Die Zahl der Bearbeitungsschritte muss sinken. Welche Dynamik dieser Ansatz entwickelt, demonstrieren die Werkzeugspezialisten von Vandurit mit ihrem neuen Verfahren „rollfeed Turning“ auf der EMO 2017: Eine speziell entwickelte Wendeschneidplatte rollt mithilfe eines zusätzlichen Aggregats über das Bauteil und bearbeitet in einer Bewegung bis zu drei Bauteilseiten. Das sorgt für bis zu 90% kürzere Taktzeiten und stark reduzierten Werkzeugverbrauch. Beim Vertikal-Pick-up-Drehen bis Futterdurchmesser 500mm kommt das Verfahren ab sofort exklusiv auf Emag Maschinen zum Einsatz. In den übrigen Maschinen-Segmenten – wie zum Beispiel Vertikal-Drehmaschinen mit Futterdurchmesser über 500mm, Horizontal-Drehmaschinen oder Bearbeitungszentren – können Maschinenhersteller das rollfeed Verfahren ab sofort einsetzen. Dasselbe gilt für den Retrofit-Bereich bei zerspanenden Unternehmen. Auch dort kann das rollfeed Turning jetzt auf jeder Maschine nachgerüstet werden.

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Sumitomo Electric Hartmetall GmbH
Deutschland

Rostfrei mit Tempo

Rostfrei mit Tempo

Hohe Schnittgeschwindigkeiten sind auch bei der Drehbearbeitung rostfreier Stähle ein zunehmend wichtiges Thema. Bei vielen handelsüblichen Wendeschneidplatten können zwar hohe Schnittgeschwindigkeiten gefahren werden, allerdings oft nur mit deutlich verkürzten Standzeiten und früh einsetzendem Kantenverschleiß.

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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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Michael Kansteiner, Timo Bathe, Dirk Biermann
Institut für Spanende Fertigung Technische Universität Dortmund Maschinenbau III
Deutschland

Simulative und experimentelle Analyse der Oberflächenstrukturierung von gehärtetem Stahl durch Schleifstifte mit gesetzten Diamanten

Abbildungen: ISF
Abbildungen: ISF

Die Eigenschaften der Werkstückoberflächen, die einer gleitenden oder wälzenden Belastung ausgesetzt sind, beeinflussen in hohem Maße die tribologischen Eigenschaften im späteren Anwendungsfall. Durch eine gezielte Beeinflussung der Oberflächentopographie zur Reibungsreduzierung kann somit eine Effizienzsteigerung erreicht werden. Im nachfolgenden Artikel werden Untersuchungsergebnisse präsentiert, bei denen ein Schleifstift eingesetzt wurde, dessen Schleifbelag sich durch ein deterministisches Setzmuster der Diamantschleifkörner auszeichnet. Dieses Werkzeug wurde dazu verwendet, um definierte Oberflächenstrukturen, bestehend aus vereinzelten, nicht kommunizierenden Taschen auf gehärteten Stahlwerkstücken zu erzeugen. Diese Taschen können im späteren Einsatzfall des Werkstücks als Schmierstoffreservoir und Mikrodruckkammer wirken. Zudem können entstehende Verschleißpartikel in diese Taschen aufgenommen werden, wodurch das Verschleißverhalten positiv beeinflusst wird. Mit einer geometrisch-physikalischen Schleifsimulation wurden zunächst geeignete Bearbeitungsparameterkombinationen eruiert, durch die Oberflächen mit vereinzelten tiefen Riefen erzeugt werden können. Im Anschluss erfolgten reale Schleifversuche, um die Übertragbarkeit der simulativen Ergebnisse zu verifizieren. Bei diesen Versuchen konnten Oberflächen mit den gewünschten Eigenschaften bzw. vereinzelten Taschen erzeugt werden.

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Ekrem Özkaya, Sebastian Michel, Dirk Biermann
Institut für Spanende Fertigung Technische Universität Dortmund
Deutschland

Strömungsanalyse der Kühlschmierstoffverteilung in der Kontaktzone beim Wendeltiefbohren

Abbildungen: ISF

Beim Wendeltiefbohren erfolgt die Zufuhr des Kühlschmierstoffes über zwei innere Kühlkanäle, die gewährleisten sollen, dass der Kühlschmierstoff möglichst nah an die Schneiden herangeführt werden kann, um so den thermischen und mechanischen Belastungen entgegenzuwirken. Für die Untersuchung der Kühlschmierstoffverteilung wurde in diesem Beitrag die Computational Fluid Dynamics (CFD)-Simulation eingesetzt und die numerischen Ergebnisse der Strömungsverhältnisse mit Ergebnissen aus experimentellen Versuchen validiert. Für die Versuche wurde die am Institut für Spanende Fertigung (ISF) der Technischen Universität Dortmund entwickelte Methode der Hochgeschwindigkeitsspanbildungsanalyse eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kühlschmierstoff-Strömung abgelenkt wird und der Kühlschmierstoff kaum an die Schneiden des Wendeltiefbohrers herangeführt wird.

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Michael Schneeweiß, Jan Glühmann
Westsächsischen Hochschule Zwickau
Deutschland

Tieftemperaturmedien beim Fräsen schwer spanbarer und konventioneller Materialien

Tieftemperaturmedien beim Fräsen schwer spanbarer und konventioneller Materialien

Die Freisetzung von Leistungsreserven beim Fräsen schwer spanbarer, als auch konventioneller Materialien, kann durch die Nutzung von Tieftemperaturmedien zur Prozesskühlung erreicht werden. Standzeitsteigerungen von bis zu 30% an Vergütungsstählen und bis zu 85% an hitzebeständigem Stahlguss, wurden beim Fräsen mit CO2-Kühlung nachgewiesen. Mit dem entsprechenden Prozessverständnis, kann mittels kryogener Zerspanung eine weitere Reduzierung der zeitabhängigen oder aber der werkzeugabhängigen Kosten in den Teilefertigungen erzielt werden.

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Eckart Uhlmann, Mitchel Polte, Dirk Oberschmidt, Julian Polte, Armin Löwenstein
Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK in Berlin
Deutschland

Werkzeugkonzept zum Mikrofräsen mit superharten Schneidstoffen

Werkzeugkonzept zum Mikrofräsen  mit superharten Schneidstoffen

Der Beitrag gibt einen Überblick über die Entwicklung von Mikrofräswerkzeugen aus Hartmetall und zeigt den Bedarf für neuartige Mikrofräswerkzeuge auf. Das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) und die Mössner GmbH Diamantwerkzeuge haben ein an den aktuellen Herausforderungen im Mikroformenbau orientiertes Werkzeugkonzept für Mikrofräswerkzeuge mit Vollschneiden aus superharten Schneidstoffen entwickelt. Darüber hinaus wird das Verschleißverhalten eines kommerziell erhältlichen Mikrofräswerkzeuges mit einem Mikrofräswerkzeug der neuesten Generation für den Einsatz von Schneiden aus superharten Schneidstoffen verglichen.

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