Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »QuickPro«
Energie und materielle Ressourcen sind begrenzt, hohe CO2-Emissionen schädigen die Umwelt. Deshalb müssen neue Produkte und Produktionsmethoden heute nicht mehr nur ökonomischen Anforderungen gerecht werden, sondern während ihres gesamten Lebenszyklus auch besonders mit dem Energie- und Rohstoffverbrauch haushalten. Vor allem die Luftfahrt- und Automobilindustrie sowie der Werkzeug- und Formenbau müssen mit neuen Konzepten auf diese Entwicklungen reagieren.
Oft lassen sich solche Konzepte erst durch den Einsatz innovativer Werkstoffe umsetzen. Neue Materialien, die auch bei hohen mechanischen und thermischen Belastungen noch herausragende Eigenschaften aufweisen, sind allerdings schwerer zu bearbeiten. Lange Produktionszeiten und hohe Kosten sind die Folge, so dass die Produkte auf den nationalen und internationalen Märkte nicht mehr konkurrenzfähig sind. Neue Entwicklungen in der Frästechnologie können jedoch dazu beitragen, dass der Fertigungsprozess weiterhin technologisch und wirtschaftlich sinnvoll ablaufen kann. Europäische Hersteller von Bauteilen und Komponenten aus schwer zu bearbeitenden Materialien profitieren davon, indem sie ihren Marktanteil verbessern können.
Das Fraunhofer IPT verfügt über umfassende Erfahrungen auf dem Gebiet der Hochleistungszerspanung und befasste sich im Projekt »QuickPro« mit der Entwicklung von Fräsprozessen für schwer zu bearbeitende Materialien.
Das EU-Projekt wurde von der Europäischen Kommission (Förderkennzeichen: 262272) im Programm »Research fort he benefit of SME« des siebten Rahmenprogramms gefördert.
Die Technologie
Schwer zu bearbeitende Materialien haben bereits in vielen Branchen Einzug gehalten. Es besteht jedoch immer noch ein großer Optimierungsbedarf bei der Frästechnologie, um sowohl die Leistungsfähigkeit der Fertigungsprozesse als auch die Bauteilqualität weiter zu verbessern. Einer des wichtigsten Handicaps ist dabei nach wie vor die ungenügende und zugleich zeitintensive sowie teure Fräsprozessauslegung. Im QuickPro-Projekt lagen die Projektpartner deshalb ein besonderes Augenmerk auf die Werkzeug-, Beschichtungs- und Prozesstechnologie.
Werkzeugtechnologie: Die Leistungsfähigkeit der Werkzeugtechnologie hängt stark von der Schneidenmikrogeometrie der Fräswerkzeuge sowie den Verbundeigenschaften von Substrat und Beschichtung ab. Die Mikrogeometrie der Schneide hängt jedoch stark von der Beschaffenheit und der Qualität der Werkzeugoberfläche ab. Bis heute ist es aber immer noch schwierig, eine Aussage darüber zu treffen, welche Werkzeugmikrogeometrie und -oberfläche sich am besten für welche Fräsanwendung eignet.
Beschichtungtechnologie: Der heutige Stand der Technik zeigt, dass sich der erhöhte Verschleiß, der durch komplexe thermo-mechanische Beanspruchungen bei der Bearbeitung der schwer zerspanbaren Werkstoffe zustande kommt, durch geeignete Beschichtungstechnologien verringern lässt. Im Projekt »QuickPro« wurden deshalb Beschichtungen für den späteren industriellen Einsatz und das damit verbundene Belastungsprofil qualifiziert und entwickelt.
Prozesstechnologie: Fräsprozesse für schwer zu bearbeitende Materialien sind gekennzeichnet durch ein extrem kleines Prozessparameterfenster. Auf kleinste Schwankungen der Prozessparameter reagiert der Prozess deshalb oft hoch sensibel mit erhöhtem Werkzeugverschleiß oder gar Werkzeugbruch. Optimierte Parameterfenster und Frässtrategien sollen hier vorbeugen.
Weitere Verbesserungen der Frästechnologie für schwer zu bearbeitende Materialien erfordern es daher, die Technologien abhängig von der der jeweiligen Bearbeitungsaufgabe ganzheitlich zu untersuchen, weiter zu entwickeln und zu synchronisieren. Erst dann kann gewährleistet werden, dass dieser Prozess umfangreich, schnell und standardisiert ausgeführt wird – hier setzte das »QuickPro«-Projekt an.
Konferenzen und Publikationen
- ICTM – 1st International Conference on Turbomachinery Manufacturing
(2011, Konferenz, Messe, geleistet) - AWK – Aachener Werkzeugmaschinen Kolloquium
(2011, Konferenz, Messe, geleistet) - 12. Internationale Kolloquium für Werkzeug und Formenbau
(2012, Konferenz, Messe, geleistet) - HPC – 4th Conference on High Performance Cutting
(2012, Konferenz, Messe, geleistet) - ICTM – 2nd International Conference on Turbomachinery Manufacturing
(2013, Veröffentlichung, Konferenz, Messe, geleistet) - THEA Coatings – 9th International Conference Coatings in Manufacturing Engineering
(2013, Veröffentlichung, Konferenz, Messe, geleistet) - AeroMat – Conference and Exposition
(2013, Veröffentlichung, Konferenz, Messe, geleistet) - EMO 2013
(2013, Messe, geleistet) - 13. Internationale Kolloquium für Werkzeug und Formenbau
(2013, Konferenz, Messe, geleistet)
- Aerospace Meeting
(2013, Messe, geleistet) - CIRP Conference
(2014, Konferenz, Messe, in Vorbereitung) - AWK – Aachener Werkzeugmaschinen Kolloquium
(2014, Konferenz, Messe, in Vorbereitung) - News Release
(2014, Veröffentlichung, in Vorbereitung) - The Coatings Conference
(2014, Veröffentlichung, Konferenz, Messe, in Vorbereitung)
Projektträger
European Commission
Research Executive Agency REA
B. Mester
COV2 17/159
1049 Brüssel
Belgien
Projektkoordination
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
M. Ottersbach
Steinbachstraße 17
52074 Aachen
Deutschland
Projektpartner
- Aristoteles University Thessaloniki
- Böhler Edelstahl GmbH & Co KG
- Seco Tools AB
- Globevnik d.o.o.
- Klenk GmbH & Co KG
- APR srl
- W. Faßnacht Werkzeug-Formenbau
- CP autosport GmbH