Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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3D-Vorkonturierung mittels Wasserabrasivstrahl

2018 , Uhlmann, E. , Männel, C.

Die notwendige Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Treibhausgasemissionen sind nur zwei der Gründe für die steigenden Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften. Nicht immer können die konventionellen Fertigungsverfahren mit den Entwicklungen neuer Werkstoffe Schritt halten. Der Einsatz der Wasserstrahltechnologie, deren Verschleiß vom Werkstoff unabhängig ist, bietet für diese Materialien ein hohes Potenzial. Der Wasserabrasivstrahl nutzt diesen Vorteil heute für vielfältige materialabtrennende Aufgaben. In diesem Beitrag werden die Vorkonturierung von dreidimensionalen Strukturen mittels Wasserabrasivstrahl sowie die Randbedingungen für eine wirtschaftliche Umsetzung vorgestellt. Ein Vergleich zwischen konventionalen Bearbeitungsverfahren und innovativer Wasserstrahlbearbeitung zeigt die Vorteile des Wasserabrasivstrahls bei der Bearbeitung von schwer zerspanbarem Titanaluminid auf.

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Gyroscopic and mode interaction effects on micro-end mill dynamics and chatter stability

2013 , Shi, Y. , Mahr, F. , Wagner, U. von , Uhlmann, E.

This paper investigates the gyroscopic and mode interaction effects on the micro-end mill dynamics and the stability behavior due to regenerative chatter. A high-speed spindle system for micro-milling is modeled using finite elements. The transfer functions and the mode shapes are studied to gain a deep insight into the dynamic characteristics. The experimentally identified chatter states and operational vibration modes are given to verify the analytical results. It is shown that, due to the small rotary inertia of the micro-end mill, the gyroscopic effect considered in the inertial frame is less significant despite high rotational speeds. The mode interaction strongly affects the dynamics and the chatter stability. Moreover, piezoelectric elements are applied to in-process excitation in order to identify the transfer behavior of the micro-end mill in the operating state.

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Polieren komplexer Bauteile. Am IWF der TU Berlin entgratet, verrundet und poliert man robotergestützt

2011 , Uhlmann, E. , Dethlefs, A.

Das Gleitschleifen wird zum Kantenrunden, Entgraten und Herstellen hoher Oberflächenqualitäten eingesetzt. Beschrieben werden dazu zwei verschiedene typische Verfahrensvarianten und deren Bewertung: 1) das Vibrationsgleitschleifen, bei dem Werkstücke und Schleifkörper als eine Schüttung bewegt werden und mit den Nachteilen, wenn empfindliche oder geometrisch komplexe Bauteile bearbeitet werden müssen, dass sie sich gegenseitig beschädigen; 2) das Tauch- oder Schleppschleifen, bei der die Werkstücke durch die Schüttung aus Schleifkörpern geführt werden. Vorgestellt werden grundlegende Ergebnisse aus Versuchen am Produktionstechnischen Zentrum (PTZ) in Berlin zum robotergeführten Tauchgleitschleifen von komplexen Bauteilen aus unlegiertem Stahl C45 und Aluminium. Die Versuche wurden mit einer flexiblen Roboterzelle mit dem 6-AchsRoboter NJ 370 von der Firma Comau Robotics mit 370 kg Tragkraft und mit zwei Rundvibratoren R 220 DL der Firma Rösler Oberflächentechnik mit 1000 mm Durchmesser durchgeführt. Diese neue Verfahrensvariante weist Vorteile aus, da gezielt eine Bearbeitung bestimmter Kanten oder schwer zugänglicher Oberflächen vorgenommen werden kann.

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Entwicklung der netzfreien Finite-Pointset-Methode für die Zerspansimulation

2011 , Uhlmann, E. , Gerstenberger, R. , Schäfer, M. , Kuhnert, J.

Aktuelle Programme für die Finite-Elemente-Simulation von Zerspanprozessen verwenden Neuvernetzungsprozeduren, um die Trennung von Span und Grundwerkstoff abzubilden und die in den Scherzonen auftretenden großen Elementverzerrungen zu korrigieren. Diese Prozeduren schränken jedoch die Abbildungsgenauigkeit auf Grund von Interpolationsverlusten ein. Eine netzfreie Simulationsmethode ohne Neuvernetzungsprozeduren kann daher für die Zerspansimulation vorteilhaft sein. Im Rahmen der Weiterentwicklung der netzfreien Finite-Pointset-Methode (FPM) für die Zerspansimulation wurden ein Materialmodell für metallische Werkstoffe implementiert, Spanbildungssimulationen mit unterschiedlichen Werkstoffen durchgeführt und erste Schritte zur Darstellung des Kühlschmierstoffs in der Zerspansimulation unternommen.

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Erhöhung der Genauigkeit beim Fräsen mit Industrierobotern

2018 , Uhlmann, E. , Reinkober, S. , Hollerbach, T.

Aufgrund des seriellen kinematischen Aufbaus und den serienmäßig antriebsseitig verbauten Winkelmesssystemen ist die Form- und Lagegenauigkeit von Industrierobotern bei Fräsaufgaben limitiert. Diese wird maßgeblich von den auftretenden Prozesskräften F in Kombination mit den geringen nicht-linearen Steifigkeiten c der Getriebe serieller Kinematiken beeinflusst. Ein vielversprechender Ansatz die Genauigkeit kostengünstig zu erhöhen, ist die Verwendung von abtriebsseitigen Winkelmesssystemen. Für statische Prozesse ist die Nutzbarkeit bereits validiert. In diesem Beitrag wird erstmalig die Anwendbarkeit solcher Systeme bei Bahnprozessen untersucht und anhand von Bearbeitungsversuchen in Stahl validiert.

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Steigerung der Werkzeugstandzeit und Prozesssicherheit. Bei der Schweißnahtnachbearbeitung durch angepasste Fräswerkzeuge

2013 , Uhlmann, E. , Lypovka, P.

In Rahmen der Studie wurden zunächst die Grundlagen der Schweißnahtnachbearbeitung durch Fräsen erarbeitet, wofür einfache sich um einen Parameter unterscheidende Werkzeuge untersucht wurden. Es wurde nachgewiesen, dass die Gefügeinhomogenität von Schweißnähten einen signifikanten Einfluss auf das dynamische Werkzeugverhalten und die Werkzeugstandzeit hat. Der Einsatz von nicht angepassten Werkzeugen aus der Neufertigung kann dabei zu Werkzeugversagen führen. Zur Anpassung der Werkzeuge wurden Werkzeugbeschichtung, zur Steigerung der Schneidenhärte, sowie definierte Schneidkantenverrundung, zur Verbesserung der Stabilität von Schneidkanten, eingesetzt. Die Prototypen der angepassten Werkzeuge wurden hergestellt und aufbauend auf den Anforderungen eines Reparaturfalls getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass mit allen angepassten Werkzeugspezifikationen die Standzeiten der Referenzwerkzeuge für die Neufertigung übertroffen wurden. Außerdem konnten eine hohe Prozesssicherheit und hohe Qualität der Bearbeitung realisiert werden. Die vorab definierten Zielkriterien an den Standweg wurden mit zwei von vier angepassten Werkzeugen erzielt. Im Rahmen weiterer Forschungsarbeiten ist der Einfluss unterschiedlicher Drall- sowie Keilwinkel auf das Einsatzverhalten der Schaftwerkzeuge bei der Schweißnahtnachbearbeitung zu analysieren. Die bisher erzielten Ergebnisse sollen auf komplexere Werkzeugausführungen, wie z.B. Messerköpfe, übertragen werden.

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Adaptives Roboterschleifen für MRO-Prozesse

2011 , Uhlmann, E. , Heitmüller, F.

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Trochoide Fräsbearbeitung mit Industrierobotern

2018 , Uhlmann, E. , Reinkober, S. , Hoffmann, M. , Käpernick, P.

Der hohe Bedarf an einer dynamischen und kundenindividuellen Produktion rückt die Flexibilität von Produktionssystemen zunehmend in den Fokus. Industrieroboter leisten heute einen entscheidenden Beitrag zur Befriedigung dieses Bedarfes. Obwohl sie in der Handhabung bereits Stand der Technik sind, finden sie in der mechanischen Fertigung, nach wie vor nur selten Anwendung. Das Trochoidfräsen bietet ein Potenzial zur Steigerung der Zerspanleistung Pc [1, 2]. Diese hochdynamische Frässtrategie erzeugt deutlich geringere Schnittkräfte Fc als konventionelles Fräsen und steigert gleichzeitig das Zeitspanvolumen Qw [2, 3, 4].

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Teilereinigung mit flüssigem CO2 bietet Rationalisierungspotenziale

2012 , Mankiewicz, J. , Bilz, M. , Uhlmann, E. , Petermann, M. , Kareth, S.

Technisches CO2 wird als Sekundärprodukt von vielen Lieferanten technischer Gase in unterschiedlicher Qualität angeboten. Es bietet viele grundsätzliche Vorteile und kommt bereits in unterschiedlichsten Industriebranchen zur Anwendung. Das deklarationsfreie CO2 wird in der Medizin- und Lebensmitteltechnik verwendet. Dort ist es als Strahlmittel, Kühlmedium, Prozess- oder Schutzgas weit verbreitet. So gehört die Extraktion von Koffein aus Kaffeebohnen zu den wohl bekanntesten Anwendungen. Die Teilereinigung mit komprimiertem CO2 hat ihren Ursprung in der Hochdruckextraktion zur Gewinnung von Naturextrakten. In der Metallbearbeitung befasste sich unter anderen das Forschungszentrum Karlsruhe mit der Öl- und Fettextraktion aus industriellen Schleifschlämmen, Spanabfällen sowie von Bauteilen. Die Öl- und Fettextraktion mit überkritischem CO2 erfolgte dort bei Prozessdrücken von weit über 74 bar und Temperaturen über 31 °C.

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Tool grinding of end mill cutting tools made from high performance ceramics and cemented carbides

2011 , Uhlmann, E. , Hübert, C.

The paper presents different approaches to improve the process knowledge in tool grinding with a focus on ceramic shank-type end mills. The flute grinding operation was analyzed using a kinematical simulation to acquire an insight into the local distribution of the material removal rate or the microscopic chip parameters. Further investigations cover the cutting edge quality emerging in characteristic tool grinding operations on end mills with helical flutes made from advanced ceramics. Final machining test prove a reliable cutting behaviour without catastrophic failure and a gentle abrasive and adhesive wear observed on the ground cutting tools.

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