Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Technologie zur Herstellung vollkeramischer Fräswerkzeuge
    (Fraunhofer IPK, 2011)
    Bäcker, C.
    ;
    Herrmann, M.
    ;
    Hübert, C.
    ;
    Koplin, C
    ;
    Oberschmidt, D.
    ;
    Uhlmann, E.
    ;
    Renz, A.
    ;
    Schulz, I.
    ;
    Wacinski, M.
    Im InnoNet-Projekt "TechVolk" wurde die Entwicklung vollkeramischer Fräswerkzeuge ganzheitlich betrieben. Das Projekt war in fünf Arbeitspakte unterteilt, die sich den verschiedenen Fragestellungen beginnend von der Herstellung von keramischen Rohlingen bis zum Einsatz der Werkzeuge auf modernen Werkzeugmaschinen widmen. Als potenzielle Schneidstoffe wurden verschieden SiAlON und Whisker-Keramiken identifiziert und untersucht. Dabei wurde die Zusammensetzung der Werkstoffe bestimmt und charakteristische Kennwerte wie die Bruchzähigkeit und das Weibullmodul ermittelt. Neben der Herstellung von Rohlingen für die Werkzeuge wurde eine Gradierung von SiAlON-Keramiken vorgenommen. Es wurden dafür die Pulverbett-Methode sowie das Drucktempern in Stickstoffatmosphäre eingesetzt. Im Rahmen von Modellverschleißuntersuchungen konnten grundlegende Mechanismen der Kantendegradation beobachtet und analysiert werden. Bei der Entwicklung von Geometrien für die vollkeramischen Werkzeuge wurde ein iteratives Vorgehen gewählt. Es wurden ausgehend von sehr einfachen und robus ten Geometrien zunehmend komplexe Werkzeuge entwickelt, die hinsichtlich Zähnezahl und Drallwinkel kommerziell verfügbarer Hartmetallwerkzeuge übertreffen. Belastungssimulationen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode wurden für den Optimierungsprozess genutzt. Die Gestaltung der Keilgeometrie wurde durch die Ergebnisse von Vorversuchen mit keramischen Wendeschneidplatten beeinflusst. Es wurden Stirn- und Umfangsfräswerkzeuge mit Durchmessern zwischen 20 und 2 Millimetern entwickelt. Der Schwerpunkt lag auf einem Umfangsfräser mit 8 Mil limeter Durchmesser. Im Rahmen der Untersuchungen zur Schleiftechnologie wurden grundlegende Untersuchungen zum Einfluss der Schleifwerkzeuge, Schleifparameter und der Schleifstrategie auf die Festigkeit von keramischen Biegebruchproben angestellt. Die darauf aufbauenden technologischen Untersuchungen zum Werkzeugschleifprozess beinhalteten die Analyse der Zusammenhänge zwischen Prozessführung und Arbeitsergebnis. Darüber hinaus wurde der Abrichtprozess optimiert und die Eingriffsbedingungen bei dem Spannutschleifen simuliert. Die entwickelten Werkzeuggeometrien und Bearbeitungsstrategien wurden einer technologisch-wirtschaftlichen Betrachtung unterzogen. Dafür wurde ein direkter Vergleich von Hartmetall- und Keramikwerkzeugen durchgeführt, in dem die unterschiedlichen Leistungsfähigkeiten herausgearbeitet werden konnten. Bei gleichem Standvolumen konnte für keramische Werkzeuge mit vier Millimetern Durchmesser das Zeitspanungsvolumen um den Faktor Acht gesteigert werden. Darüber hinaus wurden das Verschleißverhalten von ausgereiften Werkzeuggeometrien für verschiedenen Werkstückwerkstoffe und Schnittgeschwindigkeiten bis 1.400 m/min untersucht.
  • Publication
    Key technologies for sustainable production
    ( 2008)
    Uhlmann, E.
    ;
    Krüger, J.
    ;
    Hühns, T.
    ;
    Hübert, C.
    ;
    König, J.
    ;
    Hollan, R.
    ;
    Oberschmidt, D.
    ;
    Byrne, F.
    ;
    Neumann, C.
    ;
    Duchstein, B.
    ;
    Marcks, P.
    Germany is a world-wide leader in machine and plant construction. In order to maintain this position in a sustainable manner, producers of machines and plants must find solutions to satisfy the rising customer requirements. These requirements include maximum process security, minimal machine down times, rapid fault repair, optimal use of wear components and the ability to plan maintenance procedures. In order to keep the competitiveness, innovative production engineering needs to be in a position to use human and material resources in an efficient manner in order to secure production centres. The continuously shortening life-cycles of products is in conflict with the need to increase the useful life of production systems. Flexible, adaptable, reconfigurable and self-organising equipment are the keys to solving this conflict. People, with their specific technological knowledge, must therefore be integrated into a newly defined role within the production process. The present gives an overview to the current developments in the research fields of production engineering (hybrid processes, simulation of machining operations, modular design and optimisation of machine tools) and related strategies for a ressource-efficient human-orientated automatisation.