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Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
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PublicationVerbundprojekt SmartStream: Intelligente Bearbeitung durch die Verwendung schaltbarer Fluide( 2019)
;Schmiedel, C. ;Bierwisch, C. ;Uhlmann, E. ;Menzel, P. ;Mohseni-Mofidi, S. ;Breinlinger, T.Nutto, C.Strömungsschleifen und Hydroerosiv (HE)-Verrunden sind einzigartige Verfahren, die sich dadurch auszeichnen, dass sie funktionelle Oberflächen im Inneren eines Bauteils bearbeiten können, die sonst mechanisch nicht zugänglich sind. Jedoch unterliegen die Verfahren Begrenzungen aufgrund der Gesetzmäßigkeiten der Strömungsmechanik. Daher können die Verfahren nicht bei allen Anwendungen für eine technisch sowie wirtschaftlich sinnvolle Bearbeitung genutzt werden. Im Verbundprojekt SmartStream werden Möglichkeiten zur Überwindung bisher geltender Verfahrensgrenzen untersucht. Zur lokalen Beeinflussung der Zerspanungsleistung der auf die Oberflächen wirkenden Abrasivmedien werden diese durch ein externes magnetisches Feld schaltbar gemacht. Mit Hilfe des angelegten Magnetfeldes lassen sich zum einen strömungsmechanisch ungünstig gelegene Bereiche des Werkstücks bearbeiten und zum anderen die Zeitspanvolumina lokal gezielt steuern. Im vorliegenden Beitrag werden erreichte Entwicklungsziele am Beispiel des Strömungsschleifens vorgestellt. -
PublicationNC-form grinding of carbon fibre reinforced silicon carbide composite( 2013)
;Uhlmann, E. ;Borsoi Klein, T. ;Schweitzer, L.Neubrand, A.This paper presents an approach for the development and optimization of the NC-form grinding technology for an efficient machining of carbon fibre reinforced silicon carbide composite (C/SiC). The C/SiC properties, the importance and the necessity of the application of a high performance grinding process for the machining of this innovative composite material are introduced first. Then, the methodologies and the experimental investigations of NC-form grinding with the application of several machining parameters and three distinct bond types (vitrified, metal and synthetic resin) of diamond mounted points for the abrasive machining of C/SiC are presented. In order to monitor and analyze the process, grinding forces, surface integrity of ground workpieces and grinding wheel wear are investigated. The results of this paper provide new information regarding the wear behavior of grinding tools and the optimized conditions for grinding of C/SiC. -
PublicationTechnologie zur Herstellung vollkeramischer Fräswerkzeuge(Fraunhofer IPK, 2011)
;Bäcker, C. ;Herrmann, M. ;Hübert, C. ;Koplin, C ;Oberschmidt, D. ;Uhlmann, E. ;Renz, A. ;Schulz, I.Wacinski, M.Im InnoNet-Projekt "TechVolk" wurde die Entwicklung vollkeramischer Fräswerkzeuge ganzheitlich betrieben. Das Projekt war in fünf Arbeitspakte unterteilt, die sich den verschiedenen Fragestellungen beginnend von der Herstellung von keramischen Rohlingen bis zum Einsatz der Werkzeuge auf modernen Werkzeugmaschinen widmen. Als potenzielle Schneidstoffe wurden verschieden SiAlON und Whisker-Keramiken identifiziert und untersucht. Dabei wurde die Zusammensetzung der Werkstoffe bestimmt und charakteristische Kennwerte wie die Bruchzähigkeit und das Weibullmodul ermittelt. Neben der Herstellung von Rohlingen für die Werkzeuge wurde eine Gradierung von SiAlON-Keramiken vorgenommen. Es wurden dafür die Pulverbett-Methode sowie das Drucktempern in Stickstoffatmosphäre eingesetzt. Im Rahmen von Modellverschleißuntersuchungen konnten grundlegende Mechanismen der Kantendegradation beobachtet und analysiert werden. Bei der Entwicklung von Geometrien für die vollkeramischen Werkzeuge wurde ein iteratives Vorgehen gewählt. Es wurden ausgehend von sehr einfachen und robus ten Geometrien zunehmend komplexe Werkzeuge entwickelt, die hinsichtlich Zähnezahl und Drallwinkel kommerziell verfügbarer Hartmetallwerkzeuge übertreffen. Belastungssimulationen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode wurden für den Optimierungsprozess genutzt. Die Gestaltung der Keilgeometrie wurde durch die Ergebnisse von Vorversuchen mit keramischen Wendeschneidplatten beeinflusst. Es wurden Stirn- und Umfangsfräswerkzeuge mit Durchmessern zwischen 20 und 2 Millimetern entwickelt. Der Schwerpunkt lag auf einem Umfangsfräser mit 8 Mil limeter Durchmesser. Im Rahmen der Untersuchungen zur Schleiftechnologie wurden grundlegende Untersuchungen zum Einfluss der Schleifwerkzeuge, Schleifparameter und der Schleifstrategie auf die Festigkeit von keramischen Biegebruchproben angestellt. Die darauf aufbauenden technologischen Untersuchungen zum Werkzeugschleifprozess beinhalteten die Analyse der Zusammenhänge zwischen Prozessführung und Arbeitsergebnis. Darüber hinaus wurde der Abrichtprozess optimiert und die Eingriffsbedingungen bei dem Spannutschleifen simuliert. Die entwickelten Werkzeuggeometrien und Bearbeitungsstrategien wurden einer technologisch-wirtschaftlichen Betrachtung unterzogen. Dafür wurde ein direkter Vergleich von Hartmetall- und Keramikwerkzeugen durchgeführt, in dem die unterschiedlichen Leistungsfähigkeiten herausgearbeitet werden konnten. Bei gleichem Standvolumen konnte für keramische Werkzeuge mit vier Millimetern Durchmesser das Zeitspanungsvolumen um den Faktor Acht gesteigert werden. Darüber hinaus wurden das Verschleißverhalten von ausgereiften Werkzeuggeometrien für verschiedenen Werkstückwerkstoffe und Schnittgeschwindigkeiten bis 1.400 m/min untersucht. -
PublicationOptimierung von Mikrofräswerkzeugen in der Werkzeugplanungsphase( 2004)
;Uhlmann, E. ;Füting, M.Schauer, K.Die Mikrosystemtechnik verlangt auch bei kleinen Stückzahlen wirtschaftliche Fertigungsverfahren, die den Qualitätsanforderungen gerecht werden. In zunehmendem Maße findet hierfür die Mikrozerspanung mit Hartmetallwerkzeugen ihren Einsatz. Diese Technologie bietet neben den Vorteilen der herstellbaren Geometriekomplexität und flexibilität auch die Möglichkeit der Bearbeitung funktionaler Materialien (beispielsweise Stahllegierungen). Grundvoraussetzungen für die Prozesssicherheit dieser Technologie sind hohe Werkzeugstandzeiten sowie die Kenntnis der technologischen Bearbeitungsparameter. Dieser Fachbeitrag zeit Lösungswege, wie die Schwachstellen heutiger Mikrozerspanwerkzeuge, die insbesondere aus ihrer Herstellung resultieren, reduziert und eine sichere Prozessgestaltung für deren Anwendung entwickelt werden können.