Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung angepasster Werkzeuge und Prozesse zur Steigerung der Produktivität und Prozesssicherheit beim Fräsen innovativer bleifreier Kupferwerkstoffe

Kupferwerkstoffe werden zur Verbesserung ihrer Zerspanbarkeit oftmals mit Blei legiert. Dessen Einsatz wird jedoch aufgrund seiner umwelt- und gesundheitsschädlichen Wirkung durch die Gesetzgebung drastisch reduziert. In der kupferverarbeitenden Industrie müssen also zukünftig je nach Einsatzzweck bleifreie Kupferwerkstoffe oder Zinkknetlegierungen zum Einsatz kommen. Aufgrund der durch das fehlende Blei deutlich verschlechterten Zerspanbarkeit und Prozesssicherheit ist es notwendig, angepasste Werkzeuge und Bearbeitungsstrategien zu entwickeln.

In den Vorgängerprojekten wurde bereits für das Drehen, Bohren und Gewinden große Fortschritte, insbesondere für Messingwerkstoffe, erzielt. In einem laufenden Projekt wird zudem die Entwicklung von Bohr- und Drehwerkzeugen für Zinkknetlegierungen vorangetrieben. Zusätzlich zu den genannten Verfahren spielt auch das Fräsen in der kupferverarbeitenden Industrie, in der eine Vielzahl an kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) vorhanden sind, eine große Rolle. Aufgrund der von den bisher untersuchten Verfahren abweichenden Kinematik und der verfahrensbedingten Schnittunterbrechung können die Ergebnisse aus der Vorgängerprojekten nicht direkt auf das Fräsen übertragen werden. Deswegen ist es Ziel dieses Projekts, die Prozesssicherheit und Produktivität beim Fräsen bleifreier Kupferwerkstoffe und Zinkknetlegierungen signifikant zu steigern um so einen Einsatz dieser Werkstoffe in der Massenfertigung zu ermöglichen. Hierzu werden zunächst in Grundlagenuntersuchungen die zerspanbarkeitsmindernden Phänomene identifiziert und anschließend in einer detaillierten Ursache-Wirkungsanalyse die Zerspanprozesse ausgelegt. Als Ergebnis werden den Anwendern sowie den Werkzeugherstellern Informationen über geeignete Schnittbedingungen und Werkzeugauslegung an die Hand gegeben. Der durch das beantragte Vorhaben erreichbare Technologievorsprung ermöglicht den KMU eine langanhaltende Stärkung ihrer Wettbewerbsposition.

Ergebniszusammenfassung:

- Zerspanbarkeitsuntersuchung und Optimierung des Nutenfräsens mit Werkzeugdurchmesser D = 10 mm: Die Zerspanbarkeitsanalyse erhöht die Problemlösekompetenz von Anwendern bei der Optimierung von bestehenden Prozessen. Die erarbeiteten Handlungsempfehlungen für die Werkzeug- und Prozessauslegung ermöglichen eine Orientierung für die Neuauslegung von Prozessen. Die Ergebnisse sind leicht auf Anwendungen mit Werkzeugdurchmessern Durchmesserbereich von ca. d = 5 mm bis d = 20 mm übertragbar.

- Tauchfräsen mit Werkzeugdurchmesser d = 2 mm: Es wurden umfangreiche Ergebnisse zum Einfluss der Schnittparameter, der Werkzeuggeometrie, des Schneidstoffs und der Kühlschmierstrategie erarbeitet. Darauf aufbauend wurden Handlungsempfehlungen für die industrielle Praxis abgeleitet. Für Anwender (darunter viele KMU) dient dies zur Auslegung von Prozessen bei der Umstellung auf bleifreie Kupferwerkstoffe und unterstützt die Werkstoffauswahl. Werkzeughersteller können ihre Produkte gezielt an die Bedürfnisse der kupferzerspanenden Branche anpassen.

- Potentialabschätzung der Substitution von Dreh- und Bohroperationen durch Fräsprozesse: Es besteht hohes Potential, die Prozesssicherheit bei gleichbleibender Produktivität zu steigern. Diese Erkenntnisse können in der industriellen Praxis bei der Neuauslegung von Prozessen genutzt werden, müssen jedoch bauteilspezifisch umgesetzt werden.

- Bewertung der Zerspanbarkeit von innovativen bleifreien Kupferwerkstoffen: Diese Bewertung ist in der industriellen Praxis von KMU nützlich, um eine Vorauswahl zwischen verschiedenen bleifreien Werkstoffen für die Massenfertigung zu treffen.