Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Nachhaltige Reinigung und Präparation

2024 , Uhlmann, Eckart , Polte, Julian , Burgdorf, Philipp , Reder, Waldemar

In der Fertigungstechnik lautet aktuell die Devise, innovative Wege für mehr Nachhaltigkeit zu entdecken. Für industrielle Reinigungsprozesse ist das CO2-Strahlen auf dem Vormarsch - im Beitrag wird beschrieben, warum.

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Edge Computing Software für den Zerspanungsprozess

2023 , Uhlmann, Eckart , Hocke, Toni , Heper, Martin , Polte, Mitchel

In aktuellen Forschungsprojekten entwickeln Forscher des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) Open-Source-Software für Edge Devices. Für die Auslegung der Fertigungsprozesse wird neben den ingenieurwissenschaftlichen Themen auch exemplarisch die Auslegung einer entwickelten Auswerteelektronik inklusive der Softwarebereitstellung adressiert. Der interdisziplinäre Ansatz, einschließlich der Softwarebereitstellung, wird exemplarisch an einem DFG-Projekt zur Prozessüberwachung bei der Ultrapräzisionsdrehbearbeitung diskutiert.

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Enabling of Automatically Generation of Cutting Paths for Three-Dimensional Pre-Contouring with Waterjet Trimming

2023 , Reder, Waldemar , Uhlmann, Eckart

Abrasive Water Injector Jet Cutting (AWIJC) is a flexible machining process for manufacturing high-performance materials, such as titan-and nickel-base-alloys. Due to the low ductility and thermal conductivity of these materials, conventional machining is struggling with high tool costs and wear. The tool wear in AWIJC is independent of the machined material, and the process has the potential to provide a cost-efficient solution in machining high-performance materials. Trimming, a near-net-shape pre-contouring with multi-stage AWIJC, requires a detailed knowledge of cutting paths for all steps in advance. In order to enable a geometrical flexible manufacturing process, an automatically cutting path generation is necessary. This article presents an application developed with NX Open using Visual Basic. The application TrimCAD is able to provide all necessary geometries for trimming based on the geometries of initial and finished parts. Furthermore, it is possible to adjust the number of cuts and the degree of pre-contouring. All geometries are automatically exported as a standardized three-dimensional STEP-file. The STEP-geometries can be processed to the CAM-processor of the waterjet machine. TrimCAD is an innovative possibility to machine three-dimensional parts made of high-performance materials.

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Diamond slide burnishing for the finishing of electrical discharge machined surfaces

2022 , Uhlmann, Eckart , Polte, Mitchel , Yabroudi, Sami , Waiblinger, N.

Electrical discharge machining (EDM) represents a key manufacturing technology in a broad range of industries, e. g. aerospace, automotive and mould making. Current industrial and scientific relevant challenges are long machining times to achieve the surface roughness values needed, excessive tool electrode wear and the related huge number of tool electrodes needed. At state of the art, the challenges mentioned strongly limit the economic efficiency of precision EDM processes. To overcome these major challenges, the substitution of time consuming EDM polishing processes by diamond slide burnishing (DSB) shows great potential. During the process, a monocrystalline spherical diamond burnishing tool is moved along the surface of the workpiece with a defined process force. In this way the surface is specifically compressed and roughness peaks are smoothed. Within this work the applicability of diamond slide burnishing for the finishing of electrical discharge machined surfaces was investigated. For this purpose, three VDI grades with different surface roughness values were subsequently machined by DSB. The results show that the surfaces with different initial surface conditions can be successfully finished by DSB. The surface roughness of VDI grade 30 is identified as an upper limit for the surface preparation by EDM. A significant improvement of the surface roughness Ra by 93 % and a reduction of the processing time by 40 % could be achieved by the post-processing using DSB. Therefore, the new process chain presented shows great potential for being used in the field of tool and mould making and especially for the production of injection moulds.

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Semi-automatic process control for efficient refurbishment of turbine blades

2023-06-16 , Uhlmann, Eckart , Polte, Julian , Mühlich, Christopher , Mönchinger, Stephan , Ebrahimi, Puya

The refurbishment of turbine blades requires the precise removal of damaged surface coatings. In manufacturing companies, this usually involves time-consuming activities such as detecting residual coatings and adapting process settings to varying turbine blade geometries. The use of automated systems therefore opens up opportunities to improve the efficiency of turbine blade refurbishment processes by replacing manual tasks. This paper presents an conceptual approach for a semi-automatic decoating process of turbine blades that integrates abrasive blasting technology into a closed loop process control system. The experimental setup consists of a robot for guiding the turbine blade in a blast machine and a nozzle system for local removal of residual coatings using abrasive material. Based on image processing the residual coatings of a turbine blade are labeled by a neural network and mapped to a 3D model of the turbine blade, which is used by a software control system to coordinate the decoating process. Using a prototype setup this paper investigates the applicability of the proposed approach and evaluates its feasibility.

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Cooling Capacity of Oil-in-Water Emulsion under wet Machining Conditions

2023 , Nabbout, Kaissar , Sommerfeld, Martin , Barth, Enrico , Uhlmann, Eckart , Bock-Marbach, Benjamin , Kuhnert, Jörg

Many industrial machining operations are carried out under wet machining conditions. Modelling and simulating fluid-structure-interactions and conjugate heat transfer are still a challenge nowadays. In this paper, temperature dependent heat transfer coefficients (HTC) h(T) are experimentally estimated for wet machining-like conditions in a jet cooling experiment. The transient temperature is thereby used to solve an Inverse Heat Transfer Problem for HTC function estimation. Determined HTC are applied as input in related jet cooling simulation using the Finite-Pointset-Method (FPM) to validate the modeling approach. Additionally, wet cutting simulations numerically highlight the influence of determined HTC h(T) on turning.

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DEM simulation of centrifugal disc finishing

2022 , Uhlmann, Eckart , Polte, Julian , Kuche, Yves , Landua, Fabian

The finishing of small components with complex geometries is a major industrial challenge. One process that is suitable for targeted post-processing is centrifugal disc finishing with wet and dry media. In this process, the workpieces float as bulk material together with the abrasive particles in a container and are completely surrounded by the abrasive medium. As shown in previous studies, the Discrete Element Method (DEM) is suitable for investigations of grinding processes with specified workpiece motions. To simulate unpredictable workpiece motion, a new approach is being tested in which the workpieces themselves are treated as particles. Within this research paper, results for the post-processing of centrifugal disc finishing with the software ROCKY DEM are presented. The investigation results show good correlation between the numerical determined pressures and the analysis results of the rounded workpiece edges on test components made of mould-steel X13NiMnCuAl4-2-1-1.

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Echtzeit-Energieüberwachung in der Funkenerosion

2023 , Uhlmann, Eckart , Polte, Mitchel , Yabroudi, Sami , Thißen, Kai , Penske, Wilhelm

Ein großes Optimierungspotenzial der Funkenerosion liegt in den Energien der einzelnen Entladungen verborgen. Eine vektorielle Bestimmung der Entladedauern und die darauf basierende Energieberechnung sowie Klassifizierung erlauben es, die Entladeenergien, Entladungsarten und -dauern in Echtzeit zu überwachen und zu analysieren. Möglich wird dies durch ein Multiprocessing-Erzeuger-Verbraucher-Schema, welches überdies eine Visualisierung und Auswertung der Messdaten erlaubt.

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Smarte Überwachung elektrischer Großantriebe

2023 , Geisert, Claudio , Polte, Julian , Uhlmann, Eckart , Rauch, Hartmut , Brach, Karsten

Die Nutzung von Digitalisierungstechnologien im Kontext von Industrie 4.0 bietet insbesondere für den gesamten Bereich der Wartung und Instandhaltung von elektrischen Großantrieben großes Potenzial zur Schaffung innovativer Serviceangebote. Durch erweiterte Sensorik im elektrischen Antrieb und Intelligenz in der Verarbeitung und Analyse von Daten im Betrieb von Anlagen, kann eine vorausschauende Instandhaltungsstrategie eingeführt werden, die eine höhere Verfügbarkeit der Anlagen ermöglicht und gleichzeitig den Aufwand für Instandhaltungseinsätze reduziert. Um diese Potenziale im Servicegeschäft elektrischer Großantriebe zu erschließen, wird in diesem Beitrag ein hypothesengetriebener Ansatz zur Zustandsüberwachung beschrieben.

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Wolframschmelzcarbidbasierte MMC-Schichten für den industriellen Einsatz im Formenbau

2022 , Langebeck, Anika , Jahnke, Christian , Wünderlich, Tim , Hein, Christoph , Bohlen, Annika , Uhlmann, Eckart

Zur Steigerung der abrasiven Verschleißbeständigkeit können Oberflächen lokal mit Hartpartikeln verstärkt werden. Diese sogenannten Metal-Matrix-Composit(MMC)-Schichten können mittels Laserstrahldispergieren gefertigt und durch Mikrofräsen nachbearbeitet werden. Im hier vorgestellten Forschungsvorhaben wurde als Grundwerkstoff verwendete Aluminiumbronze (CuAl10Ni5Fe4) mit Wolframschmelzcarbid verstärkt. Der Hartpartikelgehalt kann dabei durch eine Steigerung des Pulvermassenstroms bis zur Packungsdichte des unverarbeiteten Pulvers erhöht werden. Über eine temperaturbasierte Leistungsregelung kann eine gleichbleibend homogene MMC-Schicht mit konstanter Dicke und Tiefe dispergiert werden. Durch das Mikrofräsen mit optimierten Parametern können qualitativ hochwertige MMC-Oberflächen für den industriellen Einsatz in Spritzgusswerkzeugen hergestellt werden. Dabei wurde vor allem der Zahnvorschub fz als kritischer Prozessparameter identifiziert.

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