Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Investigations on the adjustment of the modelling section in 2D simulations of milling processes
    ( 2009)
    Uhlmann, E.
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    Mattes, A.
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    Graf von der Schulenburg, M.
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    Gerstenberger, R.
    Conducting 3D simulation of milling processes still causes high efforts. There, only small workpiece sections can be modelled so far, instead of the entire contact width. Approaches using 2D simulation pose an interesting alternative. Here, the two-dimensional perspective is gained by dividing the workpiece into different sections perpendicular to the feed rate. This, however, requires a modelling approach that covers arbitrary contact widths along with a high mesh density in the area of chip formation. Automatically adjusting the modelling section hereby helps to model contact width up to 180° by segmentally simulating the rotation of the milling cutter. This paper presents the investigations on the effect of the most important parameters which influence sufficiently accurate computation of the equivalent cutting forces as in conventional 2D simulation models using the software DEFORM 2D.
  • Publication
    Einsatz von Pikosekundenlasern zur Modifikation von Hochleistungswerkzeugen
    ( 2009)
    Eschenberg, T.
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    Borsoi Klein, T.
    ;
    Mattes, A.
  • Publication
    LaserWerk - Innovative Lasernachbearbeitung von Werkzeugen aus hochharten Schneidstoffen (IN 5564)
    (Fraunhofer IPK, 2008)
    Mattes, A.
    ;
    Eschenberg, T.
    Dieser Abschlussbericht des Verbundforschungsvorhabens IN 5564 dokumentiert Zielstellungen, Entwicklungsschritte und Ergebnisse des Projektes Innovative Lasernachbearbeitung von Werkzeugen aus Hochharten Schneidstoffen. Die Nachbearbeitung von Hochleistungswerkzeugen ist ein wesentlicher wirtschaftlicher Faktor für die Werkzeughersteller. Da die Beschichtungen dieser Werkzeuge aber oft nur schlecht und mit hohen Prozesszeiten durch Verfahren wie Funkenerosion oder Schleifen bearbeitet werden können, wurde in diesem Projekt die Nachbearbeitung durch Ultrakurzpulslaser untersucht. Die erarbeiteten Forschungsergebnisse können als sehr erfolgreich gewertet werden. Diese können in folgenden Schwerpunkten zusammen gefasst werden: verbessertes Einsatzverhaltens von Hochleistungswerkzeugen bei der Zerspanung unter- und übereutektischer Aluminiumsiliziumlegierungen durch Lasrnachbearbeitung, erfolgreiche Herstellung von Schneidkanten durch den Einsatz von Ultrakurzpulslasern im Vergleich zu anderen Verfahren wie z.B. Funkenerosion und Schleifen, die zu einer deutlich schärferen Schneidkante führen. Dadurch resultiert die Verbesserung des Verschleißverhaltens bei der Zerspanung übereutektischer Aluminiumsiliziumlegierungen und Glasfaserverbundwerkstoffen. Die erfolgreiche Herstellung von komplexen Schneidkanten mit Abbildung des Schneideneckenradius. Das Aufzeigen des Potenzials zur Verkürzung der Prozesszeit bei der Herstellung der entwickelten Spanleitgeometrie. Die Initiierung der Zusammenarbeit der Laserstrahlquellen-, Komponenten- und Maschinenhersteller Lumera Laser und Kugler. Die Ergebnisse des Projektes zeigen, dass der Einsatz von Ultrakurzpulslasem zur Modifikation von Hochleistungswerkzeugen im höchsten Maße geeignet ist. Eine Einführung dieser Technologie in die Industrie wäre durch den Einsatz von entsprechenden Laserquellen und der Weiterentwicklung/Anpassung der Maschinentechnik möglich.
  • Publication
    Innovative Zerspantechnologien für die Optimierung von Produktionsprozessen
    ( 2008)
    Fuentes, J.A.O.
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    Graf von der Schulenburg, M.
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    König, J.
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    Richarz, S.
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    Roeder, M.
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    Mattes, A.
    Für die Fertigung von Bauteilen, die bislang durch Schleifen oder Honen im letzten Arbeitsgang hergestellt werden konnten, ist durch die Weiterentwicklung beschichteter Hartmetalle eine Alternative vorhanden. Durch Zerspansimulation werden Versuche mit Schneideneinsätzen auf Basis der superharten Schneidstoffe Diamant und PcBN zur Einbringung von Spanleitgeometrien mittels Laser durchgeführt. Hierdurch sollen die Verbesserungspotenziale von Spanleitstufen in Werkzeugen aus hochharten Schneidstoffen aufgezeigt und damit ein weiterer Schritt zur Verbreitung der Lasernachbearbeitung als wirtschaftliches Fertigungsverfahren für die Werkzeugindustrie vollzogen werden. Die auf binderphasenlosen Dünnschichten aus Diamant und kubischem Bornitrid (cBN) basierenden superharten Beschichtungen von Werkzeugen eignen sich in der Zerspanung hervorragend auf Grund der Kombination von höchster Härte sowie chemischer Resistenz und geometrischer Flexibilität. So können Schaftwerkzeuge sowie Mikrowerkzeuge oder auch Werkzeuge mit großen Durchmessern mit einer superharten Verschleißschutzschicht versehen werden. Für die Zerspanung verstärkter Leichtmetalle sind neben Schneideinsätzen auf Basis von PKD und CVD-Diamantdickschicht (Chemical Vapour Deposition) direkt abgeschiedene CVD-Diamantdünnschichtsysteme als Schneidstoff geeignet. Im Bereich der Zerspanung von Stählen und hochwarmfesten Werkstoffen können mittels PVD-Abscheidung von cBN-Dünnschichten leistungsfähige Bearbeitungsstrategien umgesetzt und somit wichtige Wettbewerbsvorteile erlangt werden. Gearbeitet wird auch an der Entwicklung einer Technologie zur Zerspanbarkeit partikelverstärkter Titanwerkstoffe, die eine wirtschaftliche und prozesssichere Bearbeitung gewährleistet. Da sich bei der Miniaturisierung von Produkten nicht alle Parameter der konventionellen Fertigung auf die Mikrofertigung übertragen lassen, richten auf diesem Sektor die Forschungstätigkeiten auf die Auswirkungen von Größeneffekten bei der Schaftfräsbearbeitung von Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffen (WCu). Hier führen FEM-Simulationen zu einem besseren Prozessverständnis. Entnommen aus TEMA
  • Publication
    Entwicklung leistungsfähiger Zerspanungstechnologien
    ( 2008)
    Uhlmann, E.
    ;
    Byrne, F.
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    Oyanedel-Fuentes, J.A.
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    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
    Lasernachbearbeitung von Zerspanwerkzeugen
    ( 2008)
    Mattes, A.
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    Oberschmidt, D.
  • Publication
    Aus dem Weg vom Labor in die industrielle Anwendung - Praxisgerechte Simulationssoftware für Zerspanprozesse
    ( 2008)
    Mattes, A.
    Bei der Fräsbearbeitung von komplex geformten Bauteilen wirken auf das Fräswerkzeug zeitlich stark variierende Belastungen ein, die an kritischen Stellen der Werkzeugbahn zum Teil sehr hoch sind. Das kann zum Werkzeugbruch führen. Deshalb ist die Wahl der richtigen Werkzeugbahnstrategie gerade für Endanwender der spanenden Fertigung, die - wie beispielsweise im Werkzeug- und Formenbau oder im Flugzeugbau - hohe Zeitspanvolumina anstreben, von entscheidender Bedeutung. Die am Markt erhältlichen Softwareprodukte für NC-Datenerstellung (CAD/CAM) bis hin zur Simulation von Werkzeugmaschinen weisen jedoch erhebliche Nachteile auf. Forscher des IWF der TU Berlin und des Fraunhofer IPK arbeiten deshalb gemeinsam mit den Industriepartnern Schott Systeme, Formtec, BinarySpaces, i-mes, Gühring und AIRBUS daran, bislang ungenutzte Potenziale zur Optimierung der Simulation von Zerspanprozessen zu erschließen.
  • Publication
  • Publication
    Ultrakurzpulslaser für die Werkzeugindustrie - Grundlagen und praktische Anwendungen
    ( 2008)
    Eschenberg, T.
    ;
    Mattes, A.
    Hochleistungswerkzeuge können nur mit Werkzeugen hergestellt werden, die ebenfalls mit einem hochharten Schneidstoff beschichtet sind, wobei das abrasive Verhalten auf beiden Seiten gleich hoch ist. Hierdurch ergeben sich hohe Prozeßzeiten und Kosten für die Nachbearbeitung dieser Schneidstoffe. Hier bietet die Lasertechnologie durch ihre einzigartigen Eigenschaften eine ökonomisch und innovative Alternative. Vorteil der Lasertechnologie ist ein berührungsloser Prozeß, der kraftvoll und abrasionsfrei ist. Dabei werden Strahlquellen mit Pulslängen im Pikosekunden (ps)-bzw. Nanosekunden (ns)-Bereich eingesetzt. Auch werden Lasersysteme eingesetzt, die Pulslängen im Femtosekunden (fs)-Bereich erzeugen. Erfahrungsgemäß liefern Ultrakurzpuls (UKP)-Lasersysteme qualitativ bessere Ergebnisse. Insbesondere durch den Einsatz von Femtosekunden (fs)-Systemen kann eine hohe Strukturgenauigkeit erreicht werden. Ns-Lasersysteme stellen dagegen eine höhere Pulsenergie zur Verfügung und sind in der Anschaffung und der Unterhaltung günstiger. Jedoch ist ein hoher Grad an Wärmediffusion in das Material zu beobachten, der sich gegenläufig zu der Struktuierungsqualität verhält. Bei der fs-Bearbeitung ist deutlich die ausgezeichnete Prozeßgenauigkeit zu erkennen, während bei der ns-Bearbeitung ein hoher Grad an Schmelzbildung zu beobachten ist. Einen Kompromiss bezüglich der Prozeßzeiten und der Bearbeitungsqualität bietet die ps-Bearbeitung. Aus diesem Grund wird es zur Schärfung der Schneidkante eingesetzt. Dagegen werden durch die hohe Energie, die durch die vergleichsweise langen ns-Laserpulse in das Material eingebracht werden, Rißbildungen und einem Abplatzen einzelner Schichten hevorgerufen. Am Beispiel einer Werkzeugschneide mit Beschichtung aus CVD-Diamant zeigt die Vorteile der Pikosekundenlasertechnologie, die mit einem ps-System der Wellenlänge 355 nm (UV) bearbeitet wurde. In diesem Fall ist keine Schädigung der Schicht feststellbar. Darüber hinaus wurde im Vergleich zum Standardwerkzeug eine signifikante Verringerung des Schneidkantenradius um 25% erreicht. Dies geht einher mit einer Reduzierung der Schichtdicke um 50% von 18 Mikrometer auf 9 Mikrometer. Entnommen aus TEMA
  • Publication
    Laserbearbeitung von PKD-Schneidwerkzeugen
    ( 2007)
    Mattes, A.
    Flexibel auf die Anforderungen der Werkzeugabnehmer und die Marktbedingungen reagieren zu können, ist eine Grundvoraussetzung, um als Werkzeughersteller auf dem Markt bestehen zu können. Insbesondere gilt dies für kleine und mittelständische Unternehmen. Die Lasernachbearbeitung stellt eine zukunftsorientierte Lösung für die Herstellung von Werkzeugen aus hochharten Schneidstoffen dar. Aufgrund der Flexibilität des Lasers besteht die Möglichkeit individuell an die Zerspannungsaufgaben angepasste Werkzeuge zu fertigen, als Alternative zu Werkzeugen aus der Massenproduktion.