Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Spanraumgestaltung für das Fräsen mit Wendeschneidplatten - Flow-WSP

Die Leistungsfähigkeit von Wendeschneidplatten Wälzfräsern wird häufig weniger durch das Verschleißverhalten der Wendeschneidplatten als durch die Abfuhr der Späne aus der Zerspanstelle bestimmt. Abhängig von der Spangeometrie und der Spanfließrichtung kommt es zu Umformprozessen in der Spannut. Diese führen zu einer zusätzlichen mechanischen und thermischen Belastung des Werkzeugs. Um eine Abfuhr des Spanmaterials aus der Zerspanstelle zu gewährleisten, müssen die Spannuten der Werkzeuge und die Parameter des eingesetzten Prozesses aufeinander abgestimmt sein. Hierbei liegt ein Zielkonflikt bei der Werkzeuggestaltung dahin gehend vor, dass durch eine Steigerung der Schneidenanzahl nominell eine höhere Leistungsfähigkeit der Werkzeuge erreicht werden kann. Diese geht jedoch mit einer Reduzierung der möglichen Größe des Spanraums einher. Für eine gezielte Auslegung der Prozesse und Werkzeuge ist neben den Spanungsgeometrien im Prozess die Kenntnis der Spanfließrichtung und der Verformung der Späne im Zerspanprozess notwendig. In dieser Arbeit soll ein Modell für den Spanfluss in Verzahnungsfräsprozessen in Abhängigkeit von der Spanraumgestaltung entwickelt werden. Auf Basis dieses Modells soll eine Methode zur optimierten Spanraumgestaltung und zur Bestimmung der Grenzen der Prozessauslegung bei definierten Spanräumen entstehen.

Da WSP-Werkzeuge erst in den letzten Jahren vermehrt eingesetzt werden, ist das vorhandene Erfahrungswissen deutlich geringer als bei konventionellen Vollwerkzeugen. Gerade in der Fertigung bei KMU kann eine zeit- und kostenintensive Ermittlung von wirtschaftlichen Schnittparametern aufgrund der kostenintensiven Werkzeuge und den geringen Losgrößen nicht vorgenommen werden. Somit werden KMU durch die Ergebnisse des Projekts bei der Einführung einer modernen Werkzeugvariante in ihre Produktionsabläufe unterstützt.

Ergebniszusammenfassung:

Durch das Forschungsvorhaben wurde erstmals eine systematische Untersuchung des Einflusses der Prozessparameter auf die Spanbildung beim Wälzfräsen mit Wendeschneidplatten von großmoduligen Verzahnungen durchgeführt. Zusätzlich wurde ein Leitfaden zur bedarfsgerechten Prozessauslegung auf Basis eines Algorithmus zur Berechnung der Spankrümmung für diese Prozessvariante entwickelt und validiert. Durch die Untersuchung konnte gezeigt werden, dass durch eine Prozessparameteranpassung die gezielte Beeinflussung der Spanbildung, mit dem Ziel eine schadenfreie Flankenoberfläche zu erzeugen, möglich ist. Darüber hinaus kann der hier entwickelte Leitfaden sowohl für die Neuplanung eines Prozesses, der Konstruktion eines Werkezugs, als auch für die Optimierung eines bereits laufenden Prozesses genutzt werden. Dadurch, dass der Leitfaden auf einer zeiteffizienten geometrischen Simulation basiert, ist es für Anwender und Werkzeughersteller möglich, auf aufwendige und kostspielige experimentelle Versuche zu verzichten. Die Ergebnisse aus diesem Vorhaben können sofort in die industrielle Anwendung überführt werden.

Die in diesem Vorhaben erzielten Erkenntnisse können von Werkzeugherstellern, oftmals KMU, direkt in der Konstruktion von Wälzfräswerkzeugen berücksichtigt werden. Die Kenntnis der Einflüsse der Prozessparameter auf die Spanbildung ist für eine kostenoptimale Fertigung unabdingbar. Da das Wiederaufbereiten des Grundkörpers von Wälzfräsern mit Wendeschneidplatten sehr kostspielig ist, können auftretende Probleme, die auf die Spanbildung zurückzuführen sind, durch eine simulationsbasierte Prozessgestaltung gelöst werden und unmittelbar vom Werkzeuganwender (KMU) durchgeführt werden.