Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Methode zur Bestimmung spezifischer Kräfte durch Fräsversuche und Anwendung bei der Natursteinbearbeitung
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Manthei, Marcel
    Der Schwerpunkt der vorliegenden Dissertation liegt auf der Erstellung der Methode zur Ermittlung der spezifischen Schnittkraft unmittelbar aus der Fräsbearbeitung und der Untersuchung des Zerspanverhaltens der Natursteine Postaer Sandstein sowie Carrara Marmor. Hierbei wird die entwickelte Methode zur Bestimmung der spezifischen Schnittkraftwerte auf Basis von Fräsversuchen auf diese beiden Werkstoffe angewendet. Aus den gewonnenen Erkenntnissen leiten sich Möglichkeiten und Handlungsempfehlungen zur Fräsbearbeitung von Natursteinen mit geometrisch bestimmter Schneide ab.
  • Publication
    Scaling of the milling process of tungsten-copper-composites
    ( 2007)
    Uhlmann, E.
    ;
    Graf von der Schulenburg, M.
    This article deals with the experimental and numerical research of scaling effects occurring in the milling process of tungsten-copper-composites (WCu). The experimental tests served to quantify single scaling effects like e.g. milling cutter diameter and the feed per tooth. To enhance the understanding of the process the effects were emulated numerically with finite element simulations. In all experiments an intense impact of the specific WCu material properties on the machining process and the quality of the process output was detectable. The tests concerning the tool displacement showed that an enlargement of the feed per tooth causes a significant increase of the tool displacement and also that a smaller mass fraction of tungsten promotes a smaller tool displacement, however at the cost of higher data scattering. A high tungsten mass fraction impedes the chip formation and leads to intense tool deformations due to the hardness of tungsten. The preliminary quasistatic chipping tests validated that a lower tungsten mass fraction leads to decreasing cutting forces. The increasing cutting forces coming along with smaller tungsten particle size correlated with milling experiment executed previously but were only detected with WCu 60/40 so far. The SEM pictures show clear differences between the WCu specifications and support the high impact of the WCu material characteristics. A thermographic test setup was developed to obtain knowledge about the temperatures at the tip of the cutting edge of a milling tool. The tests pointed out that the temperature rises during the engagement time whereas most of the cooling happens in the first quarter of the idle time. Since the previous 3D model used for FEM simulations did not provide a constant element size in the model for different WCu specifications a new fully parameterized geometry preprocessor was programmed. First simulations confirmed the strong influence of the WCu specifications on the process outcome. Entnommen aus TEMA
  • Publication
    Entwicklung eines Bearbeitungszentrums zur Mikrofertigung durch Fräsen und Laserabtrag
    ( 2007)
    Eßmann, J.
    In der Feinwerktechnik, bei der Herstellung medizin- und biotechnischer Produkte sowie im Werkzeug- und Formenbau werden Strukturen kleinster Abmaße und hoher Oberflächengüten erzeugt. Die Kombination aus 5-Achs-Mikrofräsbearbeitung und Lasermaterialabtrag mittels gepulster Laserstrahlung sowie die Erfassung der Werkstückgeometrie im Arbeitsraum bietet eine Alternative zu etablierten Fertigungsprozessketten wie beispielsweise der Formherstellung mittels Funkenerosion (EDM). Im Rahmen des Vorhabens HiDynMolder wird eine Werkzeugmaschine zur Mikrofertigung durch Fräsen und Lasermaterialabtrag entwickelt. Die Kombination dieser Fertigungsverfahren mit der maschinenintegrierten Werkstück-Geometrieerfassung stellt eine flexible Alternative zu etablierten Prozessketten der Mikrofertigung dar. Insbesondere Werkzeuge und Formen aus gehärteten Stahlwerkstoffen können durch eine hochdynamische Fräsbearbeitung mit Ultrafeinstkorn-Hartmetallwerkzeugen und Lasermaterialabtrag mittels Kurzpuls-UV-Laserstrahlung wirtschaftlich hergestellt werden. Dazu wird das Bearbeitungszentrum mit einer Schlichtspindel ausgerüstet, die eine maximale Drehzahl von 250.000 min(exp -1) erreicht sowie mit linearmotorgetriebenen Maschinenachsen, die einen Ruck oberhalb 1000 m/s(exp 3) ermöglichen. Die berührungslose Geometrieerfassung ermöglicht eine Nachbearbeitung ohne Umspannverluste, die auf der Basis der tatsächlich vorhandenen Bauteilgeometrie geplant werden kann. Der Lasermaterialabtrag stellt dabei eine wirtschaftliche Erweiterung im Bezug auf minimale Strukturabmaße, Geometriekomplexität und Werkstoffspektrum dar. Entnommen aus TEMA
  • Publication
    Dreh- und Fräswerkzeuge mit cBN-Beschichtungen
    ( 2006)
    Uhlmann, E.
    ;
    Wiemann, E.
    ;
    Keunecke, M.
    ;
    Richter, V.
    Der Anteil der superharten Schneidstoffe nimmt aufgrund der gestiegenen Anforderungen in der Fertigung überproportional zu. In einem gemeinschaftlichen Forschungsprojekt wurde die Leistungsfähigkeit von cBN-Schichtsystemen, die als Deckschichten auf TiN- und TiAlN- Beschichtungen abgeschieden waren, beim Hartdrehen und -fräsen untersucht. Hierzu wurden gehärtete Stähle mit verschiedenen Substraten und Substratvorbehandlungen bearbeitet. Abschließende Kavitationstests und FEM (Finite Elemente Methode)-Simulationen des Zerspanvorgangs ergänzen die Analyse.
  • Publication
    Hochleistungsfräsen von Superlegierungen
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2006)
    Wiemann, E.
    ;
    Uhlmann, E.
    Superlegierungen gehören zu den am schwersten zu bearbeiteten Werkstückwerkstoffen überhaupt. Folglich ist die konventionelle Bearbeitung mit Hartmetall- oder HSS-Werkzeugen, insbesondere im unterbrochenen Schnitt, zeit- und kostenintensiv. Die Entwicklung von besonders bruchzähen Schneidkeramiken ermöglicht jedoch neuerdings drastische Steigerungen der anwendbaren Schnittgeschwindigkeiten. Beim Hochleistungsfräsen von geschmiedeten, konventionell vergossenen und einkristallinen Ni-Basissuperlegierungen lassen sich die Schnittgeschwindigkeiten im Vergleich zur konventionellen Bearbeitung um den Faktor 40 erhöhen. Die Zerspanergebnisse finden in FEM-Simulationen Bestätigung, da die Einflüsse der Bearbeitungsparameter auf die simulierten Zerspankraftkomponenten gut mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmen. Mit Hilfe einer neu entwickelten Methode zur Bestimmung der Prozesstemperaturen bei der Fräsbearbeitung mit hohen Spindeldrehzahlen können weiterhin die thermischen Zusammenhänge der Zerspanprozesse geklärt werden. Die Methode basiert dabei auf einer Analyse der Oxidbildung an den erzeugten Spänen. Schließlich zeigen Vergleiche der Fertigungskosten auch das große wirtschaftliche Potenzial des Hochleistungsfräsens dieser speziellen Werkstoffgruppe.
  • Publication
    Simulation zur Prozeßoptimierung
    ( 1990)
    Potthast, A.
    Mit der grafischen Simulation der NC-Programme wird die Überprüfung des Bearbeitungsablaufs vor dem erstmaligen Produzieren eines Werkstückes auf der Maschine ermöglicht. So sollen Fehler bereits währed des Simulationslaufes erkannt und das Einfahren und Testen neu erstellter Programme von der Maschine auf den Bildschirm verlagert werden. Am Bildschirm wird aus dem Rohteil das Fertigteil produziert. Die Verfahrbewegung sowie der Eingriff des Werkzeuges am Werkstück müssen dabei kontrolliert und Ablauffehler erkannt werden. Als Basis einer universellen Darstellung der Geometrie von Werkstück, Spannmittel und Werkzeug im Hinblick auf eine rechnerische Kollisionskontrolle ist ein 3D-Volumenmodell erforderlich. Die Simulation des Bearbeitungsablaufes soll echtzeitnah erfolgen, um auch die programmierten Vorschübe visuell überprüfen zu können. Die am IPK entwickelte "Grafisch-dynamische Simulation der Bohr- und Fräsbearbeitung" sowie "Grafisch-dynamische Simulation der Doppelschlittendrehbe arbeitung" bieten die aufgezählten technischen Merkmale sowie weitergehende Systemlösungen, die die Integration der Simulationssysteme in ein durchgängiges CIM-Konzept ermöglichen.