Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Potenzial zur Produktivitätssteigerung durch verschleißbedingte Prozessdämpfung - WW-Verschleiß

Prozesse in der spanenden Bearbeitung werden in der Regel für arbeitsscharfe Werkzeuge (Beginn der Einsatzzeit) ausgelegt. Die wesentliche Grenze der Produktivität stellt hierbei das Auftreten von Werkzeugschwingungen, die auch als regeneratives Rattern bezeichnet werden, dar. Durch diese Schwingungen können die verfügbare mechanische Belastbarkeit der Maschinenkomponenten und des Werkzeugs sowie die Maschinenleistung nicht vollständig ausgenutzt werden. Hiervon sind insbesondere KMU mit einem Anteil von 97,3 % der Endanwender betroffen. Mit zunehmendem Werkzeugverschleiß erhöht sich jedoch die Prozessdämpfung und kritische Schwingungen werden vermieden. Dieser Effekt wird jedoch bisher aufgrund der Auslegung der Prozesse nicht genutzt. Der Ansatz des geplanten Vorhabens ist es, die verschleißbedingte Dämpfung der Schwingungen zu nutzen, um die Produktivität während des Prozesses in Abhängigkeit des Verschleißes zu steigern. Aufgrund von Voruntersuchungen wird erwartet, dass die Produktivität von Schruppprozessen im Mittel um mindestens 50 % gesteigert werden kann. Hiervon profitieren insbesondere die durch KMU geprägten Endanwender der Werkzeuge.

Ergebniszusammenfassung:

In dem Vorhaben wurde die Prozessstabilität von Fräsern im neuen (scharfen) Zustand und im Zustand mit definiertem Verschleiß erforscht und dadurch das Potential der verschleißbedingten Prozessdämpfung ermittelt. Es wurden zwei Fräsprozesse untersucht. Zum einen wurde das Schrupp-Fräsen von Aluminium mit Vollhartmetallschaftfräsern und zum anderen das Fräsen von Stahl mit lang auskragenden Wendeschneidplattenfräsern untersucht. Bei beiden Prozessen konnte eine signifikante Erhöhung der Prozessstabilität bei Werkzeugen mit definierten Werkzeugverschleiß festgestellt werden wodurch eine Steigerung der Produktivität möglich ist.

Die Ergebnisse wurden genutzt um die Methode der "Verschleiß-Potentialkarten" zu entwickeln, mit deren Hilfe Anwender auf einen Blick Parameterbereiche in Abhängigkeit von Drehzahl und Verschleiß erkennen, in denen das Potential besonders hoch ist.

Das Anwendungspotential der Ergebnisse und entwickelten Methode liegt in der optimierten Ausnutzung des Werkzeugpotentials. Aktuelle Prozesse werden für ein arbeitsscharfes Werkzeug ausgelegt und während der Standzeit des Werkzeugs nicht angepasst, obwohl sich die Stabilität des Werkzeugs mit voranschreitendem Verschleiß erhöht. Die entwickelten "Verschleiß-Potentialkarten" helfen dabei das volle Potential des Werkzeugs durch die verschleißbedingte Prozessdämpfung während des gesamten Lebenszyklusses des Werkzeugs vollständig auszuschöpfen.