Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    A Pragmatic Modeling Approach in Abrasive Flow Machining for Complex-Shaped Automotive Components
    ( 2016)
    Uhlmann, E.
    ;
    Mihotovic, V.
    ;
    Roßkamp, S.
    ;
    Dethlefs, A.
    Abrasive Flow Machining (AFM) is a unique machining method used to achieve high surface quality on difficult-to-access contours. In 2011 a model linking numerically calculated parameters to empirical process parameters has been developed to machine ceramic materials. This paper presents first results of a project transferring the model to metallic materials and to current demands of the automotive industry for intersecting holes, fuel rails and feed lines with a high aspect ratio. Technological investigations have been carried out in order to develop functional correlations between setting parameters and work results on inner contours. This data builds the basis of a new process model. A feasibility study validates the performance of the model using referenced workpieces.
  • Publication
    Oberflächenvorbehandlung und Kantenpräparation an Hartmetallwerkzeugen
    ( 2009)
    Uhlmann, E.
    ;
    Richarz, S.
    ;
    Mihotovic, V.
    Durch die geeignete Auswahl der Bearbeitungsstrategien für die Oberflächenvorbehandlung und Kantenpräparation lassen sich die Standzeiten von beschichteten Zerspanwerkzeugen deutlich steigern. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen vorgestellt, bei denen das Strömungsschleifen und das Laserstrahlabtragen als Vorbehandlungsverfahren für Hartmetallsubstrate vergleichend gegenübergestellt werden. Für die Untersuchungen wurden Proben aus Ultrafeinstkornhartmetall mit 7 % Kobaltanteil mit einer AlTiN- Modifikation im PVD-Arc-Verfahren beschichtet (Schichtdicke 3 Mikrometer). Durch das Strömungsschleifen von Hartmetallwerkzeugen konnte eine Verbesserung der Oberflächengüte, eine Reduktion der Kobalt-Binderphase und eine Erhöhung der Druckeigenspannungen erzielt werden. Dagegen konnte das Laserstrahlabtragen zu keiner deutlichen Steigerung der Oberflächengüte und der Druckeigenspannungen beitragen. In Untersuchungen zur Schichthaftung konnte nachgewiesen werden, dass die Vorbehandlung einen entscheidenden Einfluss auf die Verschleißmechanismen hat. Während Beschichtungen auf strömungsgeschliffenen Substraten vorwiegend adhäsiv versagen, kann die Schichthaftung durch Laserstrahlabtragen derart gesteigert werden, dass kohäsives Versagen auftritt. Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Auswahl des Vorbehandlungsverfahrens weniger auf die Glättung der Oberfläche, sondern vielmehr auf den dominierenden Versagensmechanismus der Beschichtung ausgerichtet sein muss. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Laserstrahlabtragen die Haftung der Beschichtung im Vergleich zum Strömungsschleifen signifikant steigert.
  • Publication
    Substrate pre-treatment of cemented carbides using abrasive flow machining and laser beam ablation
    ( 2009)
    Uhlmann, E.
    ;
    Richarz, S.
    ;
    Mihotovic, V.
    A significant driver in research activities of manufacturers and university institutions is the improvement of tool life for cutting tools. Recent publications have shown that the substrate pre-treatment prior to coating as well as defined rounding of cutting edges are key factors for cutting tool life. Different technologies are used for substrate pre-treatment, depending on the machining task, flexibility of the process and economic aspects. However regarding the surface quality two opposing requirements come into conflict. While high surface quality supports the chip removal during machining, the film adhesion between substrate and coating is greater on rough surfaces. This paper presents a comparison of the abrasive flow machining (AFM) and laser ablation technologies as pre-treatment processes for cemented carbides. With respect to the relevant processing parameters, the effects of a pre-treatment using AFM and laser ablation on roughness, surface topography, mechanical activation and chemical composition have been determined.
  • Publication
    Gezieltes Schneidkantenverrunden mit Diamantschleifmedien
    ( 2008)
    Graf von der Schulenburg, M.
    ;
    Mihotovic, V.
    ;
    Uhlmann, E.
  • Publication
    Optimierung der Gasturbinentechnik
    ( 2008)
    Uhlmann, E.
    ;
    Mihotovic, V.
  • Publication
    Innovative Schleifverfahren für die wirtschaftliche Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen
    ( 2008)
    Uhlmann, E.
    ;
    Borsoi Klein, T.
    ;
    Mihotovic, V.
    Innovative Kinematikkonzepte erlauben die Senkung der Fertigungskosten aufgrund der stetigen Leistungssteigerung von Maschinensystemen in Kombination mit einer verbesserten Prozessanalyse. So konnten beim Schnellhubschleifen mit hohen Tischgeschwindigkeiten deutlich über v(ind ft)=30m/min hohe Zeitspanungsvolumina bei geringer Eingriffstiefe erreicht werden. Beim Hochleistungsplanschleifen mit Planetenkinematik liegen die optimalen Schnittbedingungen im Bereich erhöhter Schnittgeschwindigkeiten und Schleifkräfte. Mit der neuesten Generation von Maschinensystemen lässt sich teilweise die Bearbeitungszeit um bis zu 80% reduzieren. Außerdem wurden die Prozessführung und das Verschleißverhalten der Schleifscheibe deutlich verbessert. Durch die Simulation der elementaren Vorgänge in der Wirkzone ist es möglich, die Partikelbahnen beim ultraschallunterstützten Quer-Seiten-Schleifen zu beobachten und das Abtrennverhalten zu beurteilen. Die Erkenntnisse lassen sich auf weitere Kinematiken und Schleifoperationen mit Kühlschmierung übertragen. Für das Strömungsschleifen ist die CFD-Simulation ein geeignetes Werkzeug, um Einstellparameter für einen Bearbeitungsprozess zu identifizieren und das Arbeitsergebnis zu verbessern. Die Simulation nichtnewtonscher Fluide erfordert, für das Schleifmedium rheologische Kenngrößen zu integrieren. Durch die Entwicklung eines Prozessmodells lassen sich mithilfe der Simulation Arbeitsergebnisse an komplexen Bauteilgeometrien antizipieren. Ein weiterer Fokus der Untersuchungen ist die technologisch-wirtschaftliche Umsetzung des Potenzials keramischer Hochleistungswerkstoffe für die spanende Fertigung. Dabei wurde Keramik sowohl als Schneidstoff als auch als Substrat-Werkstoff untersucht. Durch den Einsatz eines vollkeramischen Schaftfräsers konnten die Schnittgeschwindigkeiten bei Ni-Basis-Superlegierungen um den Faktor 40 gesteigert werden. Entnommen aus TEMA