Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Resource efficient grinding - solutions and restrictions
    ( 2011)
    Uhlmann, E.
    ;
    Sammler, C.
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    Byrne, F.
    In order to provide solutions to the current challenges and discussions on resource efficiency and energy savings, the manufacturing industry must present saving methods, in particular in energy intensive applications. The grinding technologies, with their high demands on precision and integrity of the boundary layer of components are one such application area which must source new and innovative solutions. Due to the ever increasing complexity of components, such as cooling lubricant systems and arrangements for maintaining temperatures of axes and guideways, the demand on machine tools to reach these high accuracies is constantly rising. In order to make a significant contribution to resource efficiency and energy savings, along with research on tool and process optimisation and innovative machining kinematics, the activities of the IWF focus on the substitution of complex machine tools with robot assisted machining strategies in order to simultaneously achieve high flexibility and productivity.
  • Publication
    Einfluss der Eigenspannungen CVD-diamantbeschichteter Werkzeuge auf das Einsatzverhalten
    ( 2010)
    Uhlmann, E.
    ;
    Byrne, F.
    Im vorliegenden Beitrag wurde der Einfluss unterschiedlicher Kobaltgehalte der Hartmetalle und der CVD-Diamantbeschichtung auf den Eigenspannungszustand des Schicht-Substrat-Verbundes analysiert Hierbei wurde festgestellt, dass hohe tiefenabhängige Druckeigenspannungen in den Hartmetallsubstraten nach dem Herstellungsprozess vorhanden sind. Ferner konnte gezeigt werden, dass die hohen Temperaturen im CVD-Beschichtungsprozess zu einer Relaxation dieser Druckeigenspannungen führen. Nach dem Abscheiden einer nanokristallmen CVD-Diamantschicht wurden die Werkzeuge zur Zerspanung von Alumimum-Silicium-Legierungen eingesetzt und der Werkzeugverschleiß sowie die Oberflachengüte der Werkstucke beurteilt Die Ergebnisse der Zerspanversuche zeigten, dass die Werkzeuge mit einem Substrat der Hartmetallsorte mit 6% Kobalt signifikant höhere Standzeiten bei der Zerspanung beider Legierungen gegenüber den Werkzeugen mit Substraten der Hartmetallsorte mit 10% Kobalt aufwiesen. Da die Schichteigenspannungen auf den Substraten der Sorte EMT100 (6% Kobalt) Druckeigenspannungen aufwiesen und im Gegensatz dazu für die auf den Substraten EMT210 (10% Kobalt) aufgebrachten Schichten Zugeigenspannungen ermittelt wurden, ist von einer Korrelation zwischen den Eigenspannungszuständen und dem Einsatzverhalten der beschichteten Werkzeuge auszugehen Es wurde ebenfalls festgestellt, dass eine signifikante Steigerung der Oberflachengüte bei adhasiven Legierungen durch die Steigerung der Schnittgeschwindigkeit möglich ist. Dies liegt in einer niedrigeren Tendenz zur Aufbauschneidenbildung sowie einer günstigeren Spanbildung bei höheren Schnittgeschwingigkeiten begründet.
  • Publication
    Internal cooling of cutting tools
    ( 2009)
    Uhlmann, E.
    ;
    Roeder, M.
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    Fries, E.
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    Byrne, F.
    A micro cooler consisting of copper foam was soldered into a hollow cutting tool. FEM and CFD simulations were used to optimise the design of the internally cooled tool with regard to mechanical stability and thermal flow. The coolant flow was directed to the heat source inside the cooling structure by means of an adapter mounted on the tool holder. The manufactured prototype tool was built to fit easily into existing machine tools. Cutting experiments have been conducted with the developed system and compared with uncooled tools. Infrared analyses of the temperatures on the rake face of the tools have shown that the temperatures could be decreased by 25 % with the internal cooling system. With increasing cutting speeds the advantage of the internally cooled tool was found to decrease. A variation of the feed showed that higher feed also decreases the difference in tool life between the uncooled and cooled tool. The higher mechanical loads compensate the better thermal performance of the tools. This leads to the conclusion that the internally cooled system is best suited for finishing operations. The economic value of the system can be drawn out of the increased tool life. A variation of the coolant flow rate that was realised in the simulations could be used to further increase the performance of the cooling system. With an intelligent control it seems possible to adapt the tool's temperature to different cutting conditions. The potential for further development lies in an improved heat conduction and more effective cooling structures.
  • Publication
    Entwicklung leistungsfähiger Zerspanungstechnologien
    ( 2008)
    Uhlmann, E.
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    Byrne, F.
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    Oyanedel-Fuentes, J.A.
    ;
    Gerstenberger, R.
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    Graf von der Schulenburg, M.
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    König, J.
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    Mattes, A.
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    Richarz, S.
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    Roeder, M.
    Der Beitrag stellt Aktivitätsfelder im Bereich der Zerspanungstechnik an einem von der Fraunhofer-Gesellschaft und der TU Berlin gemeinsam betriebenen Entwicklungszentrum vor. Kapitelüberschriften: neue Entwicklungen zur Zerspanung gehärteter Stähle; geometrische Modifikation von Diamant-Schneideinsätzen mit Laserstrahlen; Entwicklung und Einsatz superdünner Dünnschichtsysteme im Zerspanungswerkzeugen; Analyse der Zerspanbarkeit von partikelverstärkten Titanlegierungen; Modellierung von Größeneffekten bei der Zerspanung von Verbundwerkstoffen. Die Ausführungen werden durch Fotos von Anlagen und mikroskpischen Strukturen sowie durch tabellarische Ergebnisse ergänzt. Entnommen aus TEMA
  • Publication
    Key technologies for sustainable production
    ( 2008)
    Uhlmann, E.
    ;
    Krüger, J.
    ;
    Hühns, T.
    ;
    Hübert, C.
    ;
    König, J.
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    Hollan, R.
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    Oberschmidt, D.
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    Byrne, F.
    ;
    Neumann, C.
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    Duchstein, B.
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    Marcks, P.
    Germany is a world-wide leader in machine and plant construction. In order to maintain this position in a sustainable manner, producers of machines and plants must find solutions to satisfy the rising customer requirements. These requirements include maximum process security, minimal machine down times, rapid fault repair, optimal use of wear components and the ability to plan maintenance procedures. In order to keep the competitiveness, innovative production engineering needs to be in a position to use human and material resources in an efficient manner in order to secure production centres. The continuously shortening life-cycles of products is in conflict with the need to increase the useful life of production systems. Flexible, adaptable, reconfigurable and self-organising equipment are the keys to solving this conflict. People, with their specific technological knowledge, must therefore be integrated into a newly defined role within the production process. The present gives an overview to the current developments in the research fields of production engineering (hybrid processes, simulation of machining operations, modular design and optimisation of machine tools) and related strategies for a ressource-efficient human-orientated automatisation.