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
    Machining and finishing of ceramics
    ( 2012)
    Uhlmann, E.
    ;
    Hasper, G.
    ;
    Hoghé, T.
    ;
    Hübert, C.
    ;
    Mihotovic, V.
    ;
    Sammler, C.
  • 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
    Modelling the abrasive flow machining process on advanced ceramic materials
    ( 2009)
    Uhlmann, E.
    ;
    Mihotovic, V.
    ;
    Coenen, A.
    Abrasive flow machining (AFM) is a unique machining method used to achieve high surface quality on inner, difficult-to-access and on outside contours. Using AFM, it is possible to realise predefined edge rounding on any brittle or hard marerial. AFM is easy to integrate in an automated manufacturing environment. The abrasive medium applied during AFM is a fluid consisting of a polymer which carries silicon carbide or super-abrasive grains. With a specified pressure and temperature, this fluid flows in alternating directions along the contours of the workpiece resulting in an abrasive effect. AFM is also well suited to process advanced ceramic materials. Especially advanced ceramics increasingly are playing a significant role as a substitute for metals. However, the high costs for the inevitable finishing process on ceramics prevent a more frequent use. This paper represents the technological results of a research project discovering the fundamental principles of AFM on advanced ceramic materials such as a correlation between flow processes, surface formation and edge rounding. Furthermore, an insight into a process model is given which was developed using modern simulation techniques. The overall objective of this approach is to anticipate work results like surface quality and edge rounding on any user-defined geometry. The material removal process behaviour of ceramic materials is mainly ductile, hence the smooth surface is extending. As a result of the machining process, typical washed-out surface textures occur. Grain boundaries as well as edges of micro cracks have been smoothed out. By removing the surface layer by layer, existing damages beneath the surface have been uncovered with AFM. Only when a failure of the grain boundary is approached, grains are breaking off. The investigation shows that for advanced ceramics a ductile material removal mechanism is achieved by using abrasive diamond grains with average grain size under 44,5 micron, whereas a brittle material removal mechanism could be achieved with grain size upon 185 micron. It has been proved that in most cases a weight ratio of 1:2 between carrier fluid to abrasive grain is attained to success. Rising temperature leads to descending viscosity of the grinding medium, hence the abrasive removal rate is sinking. By raising the processing pressure and reduction of the flow cross-section, the fluid velocity and the removal rate are increasing.
  • Patent
    Verfahren und Vorrichtung zum Gleitspanen eines Werkstuecks
    ( 2009)
    Uhlmann, E.
    ;
    Hasper, G.
    ;
    Mihotovic, V.
    (A1) Beschrieben wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung eines ueber wenigstens eine Funktionsflaeche verfuegenden Werkstuecks vorzugsweise im Wege eines Gleitspanvorganges, bei dem das Werkstueck in einen Schleifkoerper oder Schleifmittel enthaltenden Arbeitsbehaelter unter Ausuebung einer Relativbewegung zu den Schleifpartikeln gefuehrt wird. Die Erfindung zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus: - Bereitstellen eines die Oberflaechenform der wenigstens einen Funktionsflaeche beschreibenden numerischen Datensatzes, - Ermitteln einer die Relativbewegung des Werkstuecks zu den Schleifpartikeln im Arbeitsbehaelter beschreibenden Bewegungstrajektorie unter Beruecksichtigung einer auf die wenigstens eine Funktionsflaeche im bestimmungsgemaessen Gebrauch des Werkstueckes einwirkenden Beanspruchungskollektivs und - Relativbewegen des Werkstuecks zu den Schleifpartikeln im Arbeitsbehaelter unter Zugrundelegen der ermittelten Bewegungstrajektorie.
  • 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
    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
  • 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
    Strömungsschleifen keramischer Hochleistungswerkstoffe
    ( 2007)
    Uhlmann, E.
    ;
    Mihotovic, V.