Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
© Fraunhofer IPT
Forschungsprojekt »BrushtoCut«
Hochleistungswerkzeuge sind geometrisch komplexe, hochbeanspruchte Bauteile aus Hartmetall. Die zeit- und ressourcenschonende Herstellung solcher komplexen Bauteile ist ein wichtiger wirtschaftlicher Faktor für die Werkzeughersteller. Die Fertigung der asymmetrischen Schneidkanten ist eine der größten Herausforderungen bei der Werkzeugfertigung: Die eingesetzten Zerspanwerkzeuge werden stark beansprucht und haben deshalb nur eine kurze Standzeit. Darüber hinaus sind die gängigen Methoden nur bedingt für die Herstellung asymmetrischer Schneidkantengeometrien geeignet, wie sie beispielsweise im Werkzeugbau zu finden sind.
Eine effiziente Herstellung von Schneidkanten hat viele Vorzüge: Denn wenn Schneidkantengeometrien bereits für den geplanten Prozess ausgelegt sind, lässt sich die Standzeit der Zerspanwerkzeuge bis zu 300 Prozent verlängern; die Fertigungskosten und die Dauer der Fertigungsprozesse lassen sich deutlich reduzieren. Ein weiterer Vorteil: Wertvolle Ressourcen wie Hartmetall, Kühlmittel und Energie werden geschont.
5-Achs-Bürsten zur Herstellung komplexer Schneidkanten
Wird das Verfahren des Bürstens direkt in der Schleifmaschine durchgeführt, lassen sich selbst komplexe Schneidkanten schneller, flexibler und kostengünstiger als bisher herstellen. Eine industrielle Umsetzung ist jedoch bisher aufgrund der fehlenden Prozessstrategien und der komplexen, manuellen Programmierung des Bürstprozesses noch nicht erfolgt. Diese Lücke haben das Fraunhofer IPT und seine Partner mit dem Projekt »BrushtoCut« geschlossen.
Das Projektteam entwickelte ein umfassendes Technologiepaket, mit dem sich das 5-achsige Bürsten zur Bearbeitung von Werkzeugen mit komplex geformten Schneidkanten direkt in eine Werkzeugmaschine integrieren lässt. Damit leistete das Fraunhofer IPT Pionierarbeit, denn bis dahin berücksichtigte noch kein Entwicklungsprojekt das 5-Achs-Bürsten zur Herstellung asymmetrischer Schneidkanten. Das »BrushtoCut«-Projekt umfasste drei Module, in denen Bürstwerkzeuge ausgelegt, Prozesswissen aufgebaut und ein CAM-Modul zur Bahnplanung entwickelt wurden.
Modul 1: Entwicklung von Bürstwerkzeugen
Im Projekt wurden innovative Bürstwerkzeuge für die Schneidkantenverrundung von Zerspanwerkzeugen aus Hartmetall entwickelt und im Einsatz untersucht. Der Partner A+B Bürstentechnik stellte Bürstwerkzeuge anforderungsspezifisch her und diese wurden anschließend in Untersuchungen am Fraunhofer IPT zur Verrundung von Schneidkanten eingesetzt. In Abhängigkeit der Ergebnisse wurden die Werkzeugkonzepte iterativ optimiert, sodass symmetrische als auch unsymmetrische Schneidkanten gezielt hergestellt werden konnten.
Modul 2: Aufbau von Prozesswissen
Am Fraunhofer IPT wurde in umfangreichen Untersuchungen auf einer 5-Achs-Werkzeugschleifmaschine das notwendige Prozesswissen für den Bürstprozess erforscht. In Abhängigkeit des Bürstwerkzeugs und der eingestellten Prozessparameter wurden der resultierende Materialabtrag und die entstehende Geometrie an der Schneidkante evaluiert. Zusätzlich wurden Versuche zum Bürstwerkzeugverschleiß durchgeführt. Abschließend wurde ein Modell zur Vorhersage des Prozessergebnisses für die Bürstbearbeitung entwickelt. Die zu Projektbeginn definierten symmetrischen und unsymmetrischen Zielgeometrien konnten erreicht werden.
Modul 3: Prozessplanung für die Bürstbearbeitung
Im Projekt wurde ein CAM-Modul entwickelt, das die Bahnplanung für die 5-achsige Bürstbearbeitung ermöglicht. Das Fraunhofer IPT entwickelte dafür die Definitionen der Prozessparameter und lieferte weiteren Input für die Umsetzung der Prozessstrategie im CAM-System.
Vergleich Bürst- und Laserbearbeitung
In einem abschließenden Benchmark wurde der Bürstprozess mit der Laserbearbeitung verglichen, einem Fertigungsverfahren, mit dem ebenfalls unsymmetrische Schneidkantengeometrien gezielt hergestellt werden können. Im Vergleich zur Laserbearbeitung konnte die Bearbeitungszeit um über 50 % reduziert und somit die Produktivität mehr als verdoppelt werden.
Partner
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
- A+B Bürsten-Technik AG, St. Gallen, Schweiz
- Euklid CAD/CAM AG, Hünenberg, Schweiz
- Kopp Schleiftechnik GmbH, Lindenfels, Deutschland
- ModuleWorks GmbH, Aachen, Deutschland
- Walter Maschinenbau GmbH, Tübingen, Deutschland
Projektförderer
Das Forschungsprojekt wurde vom Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.