Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Technologieentwicklung kryogener Entgratungsstrategien für metallische Werkstoffe

Um steigenden Anforderungen an Bauteilkosten, -qualität und -lieferzeiten gerecht zu werden, müssen alle Potenziale in der Wertschöpfungskette zur Effizienzsteigerung genutzt werden. Die Entfernung von Graten bzw. Körpern oder Fertigungsrückständen, die bei der subtraktiven oder additiven Formgebung von Werkstücken entstehen, ist nicht wertschöpfend und verursacht hohe Kosten.

Ziel des Projekts ist die anwendungsorientierte Entwicklung kryogener, CO2-basierter Entgratungsstrategien für metallische Werkstoffe, deren Umsetzung in einer prototypischen Anlage sowie die Entwicklung einer Technologiedatenbank. Teilziele sind dabei die systematische Identifikation von Gratbildern und die Festlegung der Prozessfenster zur Gratentfernung, insbesondere der Strahlparameter und der dynamischen Gratbeanspruchungen. Die Kombinationen Gratbilder und Prozessfenster werden in einer bauteilunabhängigen Technologiedatenbank konsolidiert, die unternehmensübergreifend als Instrument des Wissensmanagements dient. Zunächst wird eine geeignete Trockeneisstrahltechnologie ausgewählt und ein physischer Versuchsprüfstand entwickelt. Anschließend werden reale Grate analysiert und Parameter zur Entgratung identifiziert. Aus dieser entsteht die Technologiedatenbank, bevor abschließend an realen Bauteilen die Technologie validiert wird.

Das Forschungsvorhaben ermöglicht dem anwendenden KMU die Substitution konventioneller Verfahren zu prüfen und die eigene Wettbewerbsfähigkeit zu steigern. Innerhalb der Projektdurchführung wird durch die kooperative Zusammenarbeit der Partner eine Systematik zum Wissensmanagement entwickelt, die nach Projektende von weiteren Unternehmen verwertet und weiterentwickelt werden kann. Die kryogene Entgratungstechnologie stellt eine umweltschonende Alternative zur konventionellen manuellen Entgratung dar. Durch die Reduzierung des Entgratungsaufwands in KMU werden Herstellkosten signifikant reduziert.

Ergebniszusammenfassung:

Erzielte Ergebnisse:

• Innerhalb des Projekts konnte ein automatisierter Trockeneis-Strahlprüfstand realisiert werden.

• Durch messtechnische Analyse des Strahlprüfstands wurde eine quantitative Beschreibung des realen Trockeneisstrahlprozesses ermöglicht.

• Innerhalb der Bestrahlung von Graten konnte eine starke Abhängigkeit des Entfernungsergebnisses von der Bestrahlungsrichtung und verschiedenen Kombinationen dieser festgestellt werden.

• Für unterschiedliche metallische Werkstoffe konnte gezeigt werden, bei welchen Gratbildern das Verfahren die Leistungsgrenzen erreicht und welches Entfernungsergebnis erzielt werden kann. Die Potenziale und Grenzen aus technologischer und wirtschaftlicher Sicht wurden beleuchtet.

• Für unterschiedliche metallische Werkstoffe konnte gezeigt werden, welche Supportstrukturen hinsichtlich derer geometrischen Eigenschaften maximal entfernt werden können und zu welchem Entfernungsergebnis die Entstützung führt. • Für verschiedene subtraktiv und additiv gefertigte metallische Werkstoffe konnte gezeigt werden, welche Oberflächenmodifikationen hinsichtlich optischer Veränderungen, Rauigkeit und oberflächennahen Eigenspannungen durch den Trockeneisstrahlprozess unter Verwendung typischer Strahlparameter verursacht werden.

• Die entwickelte Technologie konnte erfolgreich bei Realbauteilen validiert werden.

Anwendungsmöglichkeiten:

• Entgratung, Oberflächenmodifikation und Finishing von metallischen, zerspanten Bauteilen

• Entstützung, Oberflächenmodifikation und Finishing von metallischen, additiv gefertigten Bauteilen