Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erhöhung der Leistungsfähigkeit beim Fräsen von Titan- und Nickelbasislegierungen durch Schaftfräser mit Freiflächenmodifikation

Die Fräsbearbeitung von Titan- und Nickelbasislegierungen führt infolge des hohen thermomechanischen Lastkollektivs zu hohem Werkzeugverschleiß. Durch die Modifikation der Freifläche lässt sich der Freiflächenverschleiß lokal begrenzen und somit die Standzeit und Bauteilqualität erhöhen sowie die Produktivität der Werkzeuge steigern. Das Forschungsziel des beantragten Vorhabens ist es, die Grundlagen für den Einsatz von Freiflächenmodifikationen an Schaftfräsern für die Bearbeitung von Titan- und Nickelbasislegierungen zu schaffen. Durch eine simulationsbasierte Herangehensweise wird eine Methode geschaffen, die Freiflächenmodifikation lastoptimiert auszulegen und somit das volle Potential in den jeweiligen Anwendungsfällen auszunutzen. Zur Fertigung des Rücksatzes wird das Schleifen qualifiziert, sodass die Herstellung der Modifikation in den konventionellen Werkzeugschleifprozess integriert werden kann. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) profitieren durch das beantragte Vorhaben, da sie durch den neuartigen Ansatz ihr Produktportfolio hinsichtlich Standard- und Sonderwerkzeugen erweitern können. Insbesondere die Werkzeugschleifereien können nach Abschluss des Vorhabens das Schleifen von Freiflächenmodifikationen in ihr Dienstleistungsangebot aufnehmen. Anwender im produzierenden Gewerbe profitieren von gesteigerter Standzeit und Prozesssicherheit der Werkzeuge bei gleichzeitig erhöhter Bauteilqualität.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Forschungsvorhaben wurde die Leistungsfähigkeit von Schaftfräsern mit Freiflächenmodifikation bei der Bearbeitung schwer zu zerspanender Werkstoffe wie Titan- und Nickelbasislegierungen untersucht. Bei diesen Modifikationen handelt es sich um eine zurückgesetzte Freifläche in einem definierten Abstand zur Schneidkante. In vorangegangenen Arbeiten konnten für die Dreh- und Fräsbearbeitung gehärteter Werkstoffe sowie für die Drehbearbeitung schwer zu zerspanender Werkstoffe Standzeitvorteile erreicht werden. Die Modifikation dient als Verschleißvorrat und gewährleistet konstante Kontaktverhältnisse zwischen Werkzeugfreifläche und Werkstück bei fortschreitendem abrasiven Freiflächenverschleiß. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Kenntnis der Leistungsfähigkeit von Schaftfräsern aus Vollhartmetall mit Freiflächenmodifikation bei der Bearbeitung schwer zu zerspanender Werkstoffe. Um dieses Ziel zu erreichen, erfolgte zunächst eine belastungsspezifische Auslegung der Freiflächenmodifikation. Darauf aufbauend erfolgte die Fertigung von Vollhartmetallschaftfräsern mit Freiflächenmodifikation durch Schleifen. Mit Hilfe dieser Werkzeuge konnte das Modell zur Auslegung der Modifikation validiert werden. Im Anschluss daran wurden Untersuchungen zum Werkzeugverschleißverhalten im Vergleich mit Referenzwerkzeugen ohne Modifikation durchgeführt . Bei der Bearbeitung der Werkstoffe konnte durch den Einsatz von Werkzeugen mit Freiflächenmodifikation Standzeitsteigerung zwischen 18 und 164 % erreicht werden. Der im Vorhaben entwickelte Ablauf zur Auslegung der Werkzeuge ist mit herkömmlichen, in der Industrie häufig verfügbaren Softwaretools möglich. Somit bieten Werkzeuge mit Freiflächenmodifikation sowohl für Hersteller als auch für Endanwender Vorteile. Auf diese Weise ist eine gute Übertragbarkeit in die industrielle Praxis möglich.