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Ultraschallunterstütztes Hartdrehen für die Fertigung von gehärteten Präzisionsstahlbauteilen

Ultrasonic assisted hard turning for the manufacture of hardened precision steel components
 
: Brecher, C.; Klocke, F.; Heselhaus, M.; Winterschladen, M.

wt Werkstattstechnik online 96 (2006), No.6, pp.396-401
http://www.technikwissen.de/wt/
ISSN: 1436-4980
ISSN: 1436-5006
German
Journal Article
Fraunhofer IPT ()

Abstract
Der Beitrag gibt einen Überblick über das Verbundprojekt 'SonicPrecision' in dessen Rahmen eine geeignete Maschinen- und Prozesstechnologie für die Endbearbeitung gehärteter Stahlbauteile mittels des US (ultraschallunterstützten)-Hartdrehens entwickelt wird. Dabei wird ein monokristallines Diamantwerkzeug in Schnittrichtung sinusförmig mit Frequenzen von momentan 40 kHz und Amplituden im Bereich weniger Mikrometer angeregt. Die Autoren erläutern zunächst die Kinematik des US-Hartdrehens, um anschließend ein Maschinenkonzept vorzustellen, das es ermöglichen soll Oberflächenqualitäten mit Rauheiten unterhalb 30 nm Ra mittels Diamantzerspanung zu erzielen. Hierbei handelt es sich um eine hydrostatisch gelagerte und angetriebene Drehmaschine mit drei Linearachsen, die sich durch eine sehr präzise Bewegungsführung auszeichnet, da als Führungen hydrostatische Lagertaschen zum Einsatz kommen. Des weiteren werden die Antriebe der Hauptbewegungsachse durch hydrostatische Gewindetriebe realisiert. Dies gewährleistet, dass auch in Antriebsrichtung dämpfende Eigenschaften vorhanden sind. Weiterhin wird eine hydrostatisch gelagerte Werkstückspindel entwickelt und aufgebaut, die sehr hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen Welle und Gehäuse bei geringen Reibleistungen aufweist. Ein weiteres prozesstechnologisches Ziel im Verbundvorhaben ist die Steigerung der Arbeitsfrequenz des Werkzeugs von momentan 40 kHz auf 120 kHz. In Voruntersuchungen wurde die Standzeit der Ultraschallbearbeitung von ursprünglich 50 m Zerspanweg auf nunmehr über 5000 m Zerspanweg signifikant gesteigert. Der Beitrag schließt mit dem Fazit, dass es zum ersten Mal möglich sei, Stahlwerkstoffe in optischer Oberflächenqualität in einem Drehprozess zu fertigen. Hard Turning allows to machine hardened steel alloys with a surface roughness below 50 nm Ra. In addition to this process the surface quality can be improved by using an ultrasonic excited tool (< 30 nm Ra). Therewith finishing processes like grinding can be eliminated. The goal of the public funded research project SonicPrecision is the development of an adequate machine and process technology for the finish machining of hardened steel alloys.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-63568.html