Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • 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.
    ;
    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
    Mikrokanal-Reaktoren für die elektrochemische Abwasserbehandlung mit Diamantelektroden
    ( 2008)
    Kramer, H.J.
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    Mollath, G.
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    Schäfer, L.
    Diamantbeschichtete Elektroden (DiaChem) sind ein neuartiges und besonders leistungsfähiges Instrument für die Behandlung von Problemabwässern. Die Arbeitsweise von Diamantelektroden beruht auf der elektrochemischen Erzeugung von OH-Radikalen direkt im Abwasser. Das Alleinstellungsmerkmal der Diamantelektrode ist, dass bei diesem Prozess Stromwirkungsgrade nahe 100% erreicht werden. Durch den Kontakt mit den in-situ hergestellten Oxidationsmitteln können beliebige, im Wasser befindliche organische Schadstoffe entweder vollständig oxidiert oder solange behandelt werden, bis sie in unschädliche Substanzen umgewandelt sind. Die elektrochemisch erzeugten OH-Radikale haben nur eine kurze Lebensdauer. Aufgrund ihrer begrenzten Reichweite im Reaktionsmedium reagieren sie daher nur in unmittelbarer Nähe der Elektrodenoberfläche. Bei sehr niedrigen Stoffkonzentrationen und hohen Durchflussraten ist der Wirkungsgrad konventioneller Elektrolysezellen deutlich reduziert, wenn der größte Teil der gebildeten OH-Radikalen wieder zerfällt, bevor er mit den Wasserinhaltsstoffen in Kontakt treten kann. Unser Lösungsansatz besteht darin, Elektrodenabstand und Betriebsparameter der Elektrolysezelle (Mikrokanal-Reaktor) soweit anzupassen, dass auch bei niedrigen Schadstoffkonzentrationen eine annähernd vollständige Umsetzung der gebildeten OH-Radikale stattfindet. Mittels einer speziell entworfenen Versuchsanordnung wurden für unterschiedliche Abwässer die Zellendimensionen optimiert und günstige Betriebsparameter ermittelt. Auf Basis der erhaltenen Ergebnisse wurde ein mathematisches Modell erarbeitet, mit welchem Auslegung und Betriebsparameter von Mikrokanal-Reaktoren schadstoffbezogen simuliert und optimiert werden können.
  • Publication
    CVD-Diamant als Schneidstoff
    (IPK, 2003)
    Brücher, M.
    ;
    Uhlmann, E.
    Für die wirtschaftliche Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstückwerkstoffen können oftmals nur hochharte polykristalline Schneidstoffe eingesetzt werden. Insbesondere bei der Fertigung von Bauteilen aus abrasiven Leichtmetall-Legierungen gibt es gegenüber den diamantbasierten Schneidstoffen keine Alternative. Derzeit etabliert sich mit der aktivierten Gasphasenabscheidung ein alternatives Verfahren zur Diamantsynthese, das neue Möglichkeiten im Bereich der Hochleistungswerkzeuge eröffnet. Die Auswahl eines optimalen CVD-Diamant-Werkzeuges setzt jedoch die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen der chemischen Zusammensetzung und den physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Schneidstoffe einerseits und dem Werkzeugverschleiß andererseits voraus. Die Anwendung von CVD-Diamant in der industriellen Praxis zeigt, dass diese Kenntnisse oftmals nicht in ausreichendem Maß vorhanden und damit die Rahmenbedingungen für einen wirtschaftlichen Einsatz dieser Schneidstoffe nicht gegeben sind. Vor diesem Hintergrund gewinnt die Durchführung bisher fehlender tribologischer Grundlagenuntersuchungen an Bedeutung. Das Ziel war es, das Verschleißverhalten von CVD-Diamant-Werkzeugen unterschiedlicher Modifikationen bei stationären und instationären Belastungszuständen zu untersuchen.