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Dirk Biermann, Timo Bathe, Michael Kansteiner, Sebastian Goeke
c/o Institut für Spanende Fertigung Technische Universität Dortmund
Deutschland

Entwicklungen zur Leistungssteigerung tribologisch beanspruchter Bauteile durch Oberflächenfeinstbearbeitung

Entwicklungen zur Leistungssteigerung  tribologisch beanspruchter Bauteile  durch Oberflächenfeinstbearbeitung

Die gezielte Strukturierung tribologisch beanspruchter Funktionsflächen durch Honen und Finishen stellt eine effiziente Möglichkeit zur Steigerung der Leistungsfähigkeit und Lebensdauer hoch beanspruchter Bauteile dar. Der Honprozess bietet vielfältige Möglichkeiten die Oberflächentopographie und einzelne Materialanteilskenngrößen spezifisch einzustellen. Am Institut für Spanende Fertigung (ISF) der TU Dortmund werden insbesondere zum Kurzhubhonen mit Finishbändern, auch Bandfinishen, Microfinishen oder Superfinishen genannt, diverse Ansätze verfolgt, um die Leistungsfähigkeit von Bauteilen und Werkzeugen über die eigentliche Oberflächenstrukturierung hinausgehend zu steigern.

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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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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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ISCAR Germany GmbH
ISCAR Germany GmbH
Deutschland

PKD-Werkzeuge für die Getriebegehäusebearbeitung

PKD-Werkzeuge für die Getriebegehäusebearbeitung
Im modernen Automobil- und Maschinenbau gewinnt die Leichtbaustrategie für Hochtechnologie-Bauteile immer mehr an Bedeutung. Durch den intelligenten Einsatz fortschrittlicher Aluminium- und MagnesiumLegierungen werden deutliche Gewichtsreduzierungen bei gleichzeitig erhöhten Stabilitätswerten erzielt.
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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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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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Eckart Uhlmann, Bartek Stawiszynski, Falk Protz
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der TU Berlin
Deutschland

Siliziumnitride für die Anwendung als CVD-diamantbeschichtetes Vollkeramikfräswerkzeug bei der Zerspanung von modernen faserverstärkten Kunststoffen

Abbildungen: IWF

Die Zerspanung von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) stellt eine der aktuellsten Herausforderungen in der Werkzeugherstellung dar. Neue Schneidstoffe und -geometrien werden entwickelt, um die spanende Bearbeitung dieser modernen Hochleistungswerkstoffe zu ermöglichen. Heutzutage werden üblicherweise unbeschichtete bzw. beschichtete Hartmetallwerkzeuge in der verarbeitenden Industrie eingesetzt, die ein nachteiliges Einsatzverhalten (z. B. hohe Schneidkantenverrundung oder Freiflächenverschleiß) nach bereits kurzer Prozesszeit aufweisen. Am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb der TU Berlin (IWF) wird eine Alternative zum Schneidstoff Hartmetall für die Zerspanung von FVK angewendet. Verschiedene Sorten von Siliziumnitrid werden auf ihre Schneidgeometriegestaltbarkeit überprüft und der erfolgversprechendste Typ im Einsatz als CVD-diamantbeschichtetes Vollkeramikwerkzeug beim Umfangfräsen von FVK untersucht. Die Ergebnisse der Verschleißanalyse werden dargestellt.

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Stähli Läpp-Technik GmbH
Deutschland

Wenn Flachschleifen nicht genügt…

Fotos: Stähli
Fotos: Stähli

Die Stähli Läpp Technik AG, ein international tätiger Schweizer Familienbetrieb mit 48 Jahren Erfahrung, hat sich voll und ganz dem Flachhonen, auch Feinschleifen genannt, verschrieben.

Wo früher im Finishing-Bereich das Läppen mit losem Korn im Vordergrund stand, hat die Entwicklung bei den CBN- und Diamantscheiben mit gebundenem Korn grosse Fortschritte gemacht. Dadurch wird es möglich, auch mit gebundenem Korn höchste Oberflächenanforderungen wirtschaftlicher zu erfüllen. Schnittgeschwindigkeiten von 2 - 20 m/s, kombiniert mit einer Planetenkinematik begründen den von Stähli etablierten Begriff "Flachhonen".

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