Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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    Entwicklung einer Herstellungstechnologie für PKD-Mikrofräswerkzeuge
    ( 2015)
    Uhlmann, E.
    ;
    Oberschmidt, D.
    ;
    Polte, M.
    ;
    Börnstein, J.
    Beim Mikrofräsen mit Werkzeugen aus Hartmetall kommt es häufig nach kurzen Schnittwegen lc zu übermäßigem Werkzeugverschleiß. Dies beeinflusst das Bearbeitungsergebnis, die Prozesssicherheit und die Wirtschaftlichkeit negativ. Ziel ist durch den Einsatz eines superharten Schneidstoffs aus polykristallinem Diamanten (PKD) den Verschleiß beim Mikrofräsen zu reduzieren. Daher ist eine Herstellungstechnologie zu entwickeln, um Mikrofräswerkzeuge mit Schneiden aus PKD effizient herstellen zu können. Beschrieben wird eine grundlegende statistische Prozessanalyse der Einstellparameter für die Mikro-Drahterosion mit den Zielgrößen Schneidkantenrundung rv und maximale Schartigkeit Rs,max. Im vorliegenden Artikel wird der Bedarf für die Weiterentwicklung von Mikrofräswerkzeugen am Beispiel der Fertigung von Mikrospritzgusswerkzeugen für den Werkzeug- und Formenbau erläutert. Speziell in der Vor- und Nullserie besteht aufgrund der Notwendigkeit von aufwendigen iterativen Anpassungen der Formgeometrien ein erhöhter Bedarf für Formen aus NE-Metallen. Die aktuell eingesetzten Mikrofräswerkzeuge aus Hartmetall zeigen einen frühzeitigen Werkzeugverschleiß, der die Genauigkeit in den Werkzeugformen reduziert. Um den Werkzeugverschleiß zu mindern, werden die Schneidenmakro- sowie die Schneidenmikrogeometrie von herkömmlichen Mikrofräswerkzeugen aus Hartmetall gezielt optimiert. Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit ist es, Mikrofräswerkzeuge mit Schneiden aus PKD herzustellen, um den Verschleiß beim Mikrofräsen weiter zu reduzieren. Dafür ist es notwendig, eine Technologie zur Herstellung von Mikrofräswerkzeugen mit Schneiden aus PKD hinsichtlich der charakteristischen Schneidkantenkenngrößen zu analysieren. Zur Herstellung der Mikrofräswerkzeuge wurde hierbei die Technologie der Mikro-Drahterosion eingesetzt. Minimale erreichte Schneidkantenrundungen betragen rv = 2,0 µm für den Schneidstoff PKD 0020 und rv = 4,9 µm für den Schneidstoff PKD 0005. Die erreichten maximalen Schartigkeiten weisen Rs,max = 1,9 µm für den Schneidstoff PKD 0020 und Rs,max = 1,5 µm für den Schneidstoff PKD 0005 auf. Die erzielten Schneidenmikrogeometrien entsprechen dabei den zum Stand der Technik durch Schleifen und Polieren herstellbaren Schneidkantenkenngrößen bei der Herstellung von PKD-Werkzeugen. Abschließend wurde die Technologie des Tauchgleitläppens erfolgreich zur Entfernung der durch die Mikro-Drahterosion entstandenen thermisch beeinflussten Randzone genutzt. Zukünftig werden die in dem andauernden Forschungsprojekt hergestellten Mikrofräswerkzeuge mit Schneiden aus PKD grundlegenden Zerspanunter - suchungen unterzogen.