Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Leistungssteigerung von Vollhartmetallschaftfräsern durch Prozesskettenoptimierung

Trotz des umfangreichen und intensiven Einsatzes von Vollhartmetallfräswerkzeugen ist der Kenntnisstand über die Auswirkungen der fertigungsbedingten Oberflächen- und Randzoneneigenschaften von Vollhartmetallschaftfräsern auf deren Einsatzverhalten gering. Zudem sind die Zusammenhänge sowie die Wechselwirkungen der jeweiligen Fertigungsverfahren entlang der Prozesskette zur Herstellung dieser Werkzeuge unzureichend bekannt. Da die fertigungsbedingten Werkzeugeigenschaften der Fräser hinsichtlich des Einsatzverhaltens nicht optimal abgestimmt sind, wird das Leistungspotenzial des Schneidstoffs bislang nicht ausgeschöpft.

Ziel des Projektes ist es, durch eine methodische Erforschung des Einflusses der fertigungsbedingten Oberflächen- und Randzoneneigenschaften von beschichteten Vollhartmetallfräsern auf das Funktionsverhalten sowie ihrer Entstehung entlang der Prozesskette, eine Wissensbasis zur Fertigung von Hochleistungsfräsern zu schaffen, deren Einsatzverhalten das von konventionell gefertigten Fräsern übersteigt. Zur Umsetzung des Projektziels werden durch eine Variation der Fertigungsverfahren in der Prozessfolge unterschiedliche Oberflächen- und Randzoneneigenschaften der Werkzeuge erzeugt und die Entwicklung der fertigungsbedingten Werkzeugeigenschaften entlang der Prozessketten analysiert. Die Werkzeugeigenschaften werden anschließend hinsichtlich ihres Einflusses auf das Einsatzverhalten der Fräser untersucht.

Aufbauend auf den Ergebnissen der Standzeituntersuchungen und den Erkenntnissen aus der Analyse der Fertigungshistorie werden anschließend Gestaltungsansätze für eine optimierte Fertigungsprozessfolge zur Herstellung von Vollhartmetallschaftfräsern abgeleitet. Die optimierten Produkteigenschaften der Werkzeuge ermöglicht insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen, die nur begrenzte F&E-Mittel zur Verfügung haben, eine deutliche Verbesserung der Wettbewerbssituation, im Vergleich zu Konkurrenzunternehmen aus Niedriglohnländern.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Projekts „Solidtool“ war es die Produktqualität von beschichteten Vollhartmetall (VHM)-Schaftfräsern durch die Optimierung der Herstellungsprozesskette zu steigern. Dazu wurden Werkzeuge mit übereinstimmenden Makroegometrien in acht unterschiedlichen Prozessketten gefertigt und ihre Eigenschaften entlang der Fertigungshistorie sowie ihr Einsatzverhalten in Fräsversuchen analysiert. Abhängig vom angewandten Kantenpräparationsverfahren unterschieden sich die Eigenschaften des Schicht-Substrat-Verbundes nach der Beschichtung sowie die Auswirkungen einer zusätzlichen Vorbehandlung der Oberfläche vor der Beschichtung. Bei Zerspanuntersuchungen wurden werkstoffabhängig zu bevorzugende Prozessketten identifiziert. Auf Basis der Untersuchungsergebnisse wurde ein Gestaltungsmodell zur ökonomisch und technologisch optimierten Auswahl von Herstellungsprozessketten entwickelt und zur industriellen Werkzeugfertigung angewendet. In Zerspanuntersuchungen im Vergleich mit industriell üblichen Referenzwerkzeugen wurde ein vorteilhaftes Einsatzverhalten festgestellt.

Die Ergebnisse ermöglichen werkzeugherstellenden KMU ihre Prozessketten zur VHM-Schaftfräserfertigung kurzfristig zu optimieren und durch eine gesteigerte Produktqualität Wettbewerbsvorteile zu erzielen. Neben dem Erreichen längerer Standzeiten, und somit reduzierten Werkzeugkosten beim Anwender, erhöhen die Erkenntnisse über das Verschleißverhalten die Prozesssicherheit. Das Einsatzverhalten der Werkzeuge ist besser vorhersagbar und Werkzeugbruch wird vermindert. Die generierten Kenntnisse über die Auswirkungen der Prozesskette auf die Eigenschaften und das Einsatzverhalten der Werkzeuge können Werkzeughersteller weiterhin nutzen, um Kunden bei der anwendungsspezifischen Werkzeugauswahl unterstützen. Zusätzlich liefern sowohl die Entwicklung der Fertigungshistorie als auch die Identifikation relevanter Werkzeugeigenschaften Potenziale, auch die Fertigungsprozessketten anderer Zerspanwerkzeuge zu optimieren.