Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Influence of cutting edge preparation on the performance of micro milling tools

2016 , Uhlmann, E. , Oberschmidt, D. , Löwenstein, A. , Kuche, Y.

A main reason for premature tool failure in micro milling is the irregular wear behavior of the cutting tools. An approach to improve the tool wear behavior is a defined cutting edge preparation using immersed tumbling. A particular challenge is the cutting edge preparation of micro milling tools with small diameters D ⤠0.5 mm. High loads within the preparation process can lead to outbreaks of the cutting edge and tool breakage. Furthermore, the influence of changed cutting edge geometry regarding the process behavior has to be more examined for these tool diameters. In this paper, micro milling tools with a diameter D = 0.2 mm will be prepared and the influence on the cutting process will be presented and discussed. The experiments will show a better wear behavior for the prepared tools and an improved surface roughness on the machined workpiece.

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Automatisierte Qualitätskontrolle

2015 , Uhlmann, E. , Oberschmidt, D. , Löwenstein, A. , Kuche, Y. , Wiemann, S.

Inhalt eines Forschungsprojektes der Firma OTEC Präzisionsfinish GmbH und des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK ist die Entwicklung eines Maschinenprototypen zur Feinbearbeitung mit automatisierter Qualitätskontrolle durch integrierte optische Messtechnik und Messsoftware. Im Rahmen des durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projektes wurde dazu eine kompakte, für die Automatisierung und Integration von Messtechnik ausgelegte Maschine entwickelt. Mithilfe dieser Maschine können Werkstücke, wie etwa Nockenwellen oder Zerspanwerkzeuge, mit dem Verfahren Tauchgleitläppen bearbeitet und definierte Kantenradien erzeugt sowie in einem automatisierten Prozess gemessen werden. This paper presents a machine prototype for the finishing of edges and surfaces of work pieces. The prototype has an integrated optical measurement device, which can be used for the control of the process results and possibly automated remachining. The machine is used for the preparation of milling tools. Process parameters and their effects are analyzed and an approach for the automated setting of the process parameters is shown.

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New PCD tools for micro machining

2012 , Uhlmann, E. , Löwenstein, A. , Mahr, F. , Langmack, M.

A new tool concept for high precision milling, using polycrystalline diamond (PCD) as full cutting edge material, has been developed at Fraunhofer IPK. This paper gives detailed information on the tool concept, the production of the PCD tools and the results of first milling tests.

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Spannsystem zur Kompensation von Winkelabweichungen

2011 , Uhlmann, E. , Essmann, J. , Löwenstein, A. , Hinze, M. , Langmack, M.

Für die Fertigung von Mikro- und Präzisionsbauteilen, beispielsweise Spinndüsen oder Kühlluftbohrungen, wurde ein neuartiges aktives Spannsystem zur Positionierung entwickelt. Der entwickelte Prototyp ist in der Lage, Winkelabweichungen von ± 0,57° mit einer Genauigkeit von 0,5 Winkelsekunden zu kompensieren. Dazu werden hochgenaue Piezomotoren, kapazitive Wegsensoren und Festkörpergelenke genutzt. Die Werkstücke werden über ein pneumatisch betätigtes Nullpunktspannsystem aufgenommen. Für einen Test unter realen und praxisnahen Bedingungen wurde der entwickelte Prototyp in ein hybrides Bearbeitungszentrum integriert und anschließend der Einfluss von Positionsunsicherheiten auf die Bearbeitungsergebnisse untersucht. Die verwendete Maschine vereint die Mikrofunkenerosion mit der Laserbearbeitung Der Fachbeitrag beschreibt den mechanischen Aufbau des Prototyps, die Montage und Justierung.

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Effects of different cutting edge preparation methods on micro milling performance

2016 , Uhlmann, E. , Oberschmidt, D. , Kuche, Y. , Löwenstein, A. , Winker, I.

In micro milling, which is mostly used in mold and die making, process reliability and predictability of tool failure are important. Particularly in precision and micro machining, tool breakage is hardly detectable and the requirements on accuracy are very high. Immersed tumbling is an appropriate process for the defined cutting edge preparation of micro milling tools. Its effects like increasing tool wear performance and tool life has been evaluated. In this paper, different cutting edge preparation processes showed that in cutting tests different effects occur regarding tool wear, process forces and surface quality. Immersed tumbling leads to the lowest active force Fa, but magnet finishing leads still do a slightly better surface quality.

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Computertomographie für die Instandhaltung elektronischer Komponenten

2014 , Uhlmann, E. , Oberschmidt, D. , Löwenstein, A. , Sawczyn, N.

Für die Instandhaltung von elektronischen Komponenten wurde eine innovative Prozesskette (INPIKO Prozesskette), die sowohl optische als auch elektronische Prüfverfahren miteinander verbindet, entwickelt. Die Einbeziehung der industriellen Computertomographie bietet eine Vielzahl an Vorteilen und ermöglicht neue Ansätze für die Instandhaltung elektronischer Komponenten. Anhand von Untersuchungen am Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK konnten Einflussfaktoren auf die Bildqualität bzw. der Güte der Rekonstruktion quantifiziert werden. Anhand der Ergebnisse ist eine Reduzierung der Messzeit durch eine anwendungsspezifische Anpassung der Anzahl der Projektionen möglich. Im Zuge weiterer Untersuchungen werden weitere relevante Einflussgrößen bei der Anwendung industrieller Computertomographie für die Instandhaltung elektronischer Komponenten quantifiziert. Daraus wird dann eine allgemeingültige Messmethodik für die Instandhaltung elektronischer Komponenten mittels industrieller Computertomographie abgeleitet.

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Two approaches to use phase measuring deflectometry in ultra-precision machine tools

2012 , Faber, C. , Kurz, M. , Röttinger, C. , Olesch, E. , Domingos, D. , Löwenstein, A. , Häusler, G. , Uhlmann, E.

In this paper, current results of an ongoing research project to integrate phase measuring deflectometry into an ultra precision machine are discussed. Two setups for machine integrated measurements of diamond turned specular parts are presented.

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Schneidkantenpräparation von VHM-Mikrofräsern

2015 , Uhlmann, E. , Oberschmidt, D. , Löwenstein, A. , Polte, M. , Winker, I.

Die Prozesssicherheit beim Mikrofräsen lässt sich mit einer gezielten Schneidkantenverrundung erheblich steigern. Dabei werden durch verschiedene Präparationstechnologien unterschiedliche Geometrien und Einflüsse auf den Fräsprozess erzeugt. Der Fachbeitrag behandelt den Einsatz präparierter Mikrowerkzeuge in Zerspanversuchen, in denen auf die Zerspankräfte, den Verschleiß sowie die Oberflächengüten eingegangen wird. Die mit den Feinbearbeitungsverfahren Bürstspanen und Strahlspanen präparierten Werkzeuge erzeugen im Mittel eine um 16 % geringere gemittelte Rautiefe Rz und weniger Grat als die Feinbearbeitungsverfahren Magnetfinishen und Tauchgleitläppen, jedoch sind der relative Verschleiß FZ im Mittel um 13 % sowie die Zerspankräfte Fz erhöht. Die bei Fz mit Bürstspanen präparierten Werkzeugen auftretenden Zerspankräfte Fz sind um 5 % höher als jene bei Fz mit Magnet finishen präparierten Werkzeugen beziehungsweise 13 % höher als jene bei Fz mit Tauchgleitläppen präparierten Werkzeugen. Die bei mit Strahlspanen präparierten Werkzeugen auftretenden Zerspankräfte Fz sind sogar um 20 % höher als jene bei mit Tauchgleitläppen präparierten Werkzeugen. Die Feinbearbeitungsverfahren Magnetfinishen und Tauchgleitläppen können eine Schneidkantenmikrogeometrie her stellen, deren Profilquerschnitt einem Kreissegment sehr nahe kommt und die einen quantifizierbaren Schneidkanten radius rv aufweist. Dies vermindert den Verschleiß sowie die Prozesskräfte. Die Schneidkantenradien rv sollten in einem Bereich von 3 µm < rv < 7 µm liegen, um eine Dominanz der Ploughing-Vorgänge zu vermeiden. Der Zahnvorschub fz sollte in einem Bereich von 3 µm < fz < 5 µm liegen, da höhere Zahnvorschübe fz eine zu hohe Belastung der Schneide bedeuten und über mäßigen Verschleiß in Form von Kantenausbrüchen fördern. Innerhalb der genannten Bereiche für den Schneidkantenradius rv und den Zahnvorschub fz ist nach der Gleichung hmin = 0,293 rv die Mindestspandicke hmin auch im ungünstigsten Fall des größten Schneidkantenradius rv = 7 µm in Kombination mit dem kleinsten Zahnvorschub fz = 3 µm gewährleistet und wird während des Zahneingriffs erreicht.

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Cutting edge preparation of micro milling tools

2014 , Uhlmann, E. , Oberschmidt, D. , Kuche, Y. , Löwenstein, A.

Micro milling is commonly used industrially for the production of precision components. Premature tool wear is usually the reason for a short tool life of cemented carbide end mills. An approach to improve the tool wear behavior is the defined cutting edge preparation. In this contribution, experimental investigations on the formation of cutting edge geometry during immersed tumbling of micro milling tools are presented and discussed. It could be shown that it is possible to prepare end mills with a diameter D = 1 mm and to generate edge radii of 4.0 m r 31.2 m. Investigations about the correlations between the cutting edge geometry and the tool wear behavior in micro milling operations showed decreased flank and crater wear as a result of an appropriate cutting edge preparation.

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Performance characteristics of coated micro milling tools

2011 , Uhlmann, Eckart , Mahr, F. , Löwenstein, A. , Raue, N. , Oberschmidt, Dirk

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