Der Trend zur Miniaturisierung von Produkten ist mittlerweile in vielen Bereichen der Industrie erkennbar. Neben dem reduzierten Rohstoffverbrauch bei der Herstellung trägt insbesondere die gesteigerte Leistungsfähigkeit der Produkte dazu bei. Das Mikrofräsen ist aufgrund der hohen Materialabtragsrate, der hohen Geometriefreiheit sowie der geringen Oberflächenrauheit eines der bedeutsamsten Fertigungsverfahren zur Herstellung miniaturisierter Bauteile. Zur Herstellung der oftmals komplexen dreidimensionalen Geometrien werden gewöhnlich Vollhartmetall (VHM)-Mikroradiusfräser eingesetzt. Aufgrund der geringen Steifigkeit neigen diese Werkzeuge jedoch zu einer verstärkten Durchbiegung. Zusätzlich wird das Prozessverhalten durch wechselnde Eingriffsbedingungen, bedingt durch den gekrümmten Schneidenverlauf, sowie den beim Mikrofräsen auftretenden Ploughing-Effekten negativ beeinflusst. Dies führt zu Prozessinstabilitäten und folglich zur Werkzeugabdrängung. Im Ergebnis wirkt sich dies negativ auf die Bauteilqualität sowie den Werkzeugverschleiß aus.
Der Autor dieser Arbeit setzte sich daher das Ziel, die Werkzeugabdrängung von VHM-Mikroradiusfräsern durch eine Gestaltoptimierung gezielt zu reduzieren, um gegenüber konventionellen Werkzeugen das Prozessverhalten zu verbessern. Dies gelang durch die simulationsgestützte Optimierung des Werkzeugauslaufs und des Werkzeugkerns, wodurch eine reduzierte Werkzeugdurchbiegung erreicht wurde. 
Zum Nachweis der reduzierten Werkzeugabdrängung wurden Demonstratorwerkzeuge angefertigt und im Laborumfeld wissenschaftlich erprobt. Dies erfolgte durch die Zerspanung des Warmarbeitsstahls X37CrMoV5-1 (Werkstoffnummer: 1.2343) bei verschiedenen Bearbeitungssituationen. Im Ergebnis konnten durch reduzierte Prozesskräfte die Maßhaltigkeit erhöht und die Gratbildung sowie der Werkzeugverschleiß verringert werden.
Mit der Optimierung des Werkzeugauslaufs und des Werkzeugkerns beschreibt die Arbeit somit einen gelungenen Ansatz zur Verbesserung des Leistungspotenzials von VHM-Mikroradiusfräsern, indem die Bauteilqualität gesteigert und die Werkzeugstandzeit erhöht werden konnte. Dadurch können zukünftig neue Anwendungsfelder erschlossen und möglicherweise andere Fertigungsverfahren substituiert werden.

Universität Bayreuth - Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik

Globisch, Steffen

Reduzierung der Werkzeugabdrängung von Vollhartmetall-Mikroradiusfräsern

ISBN: 978-3-98555-281-8
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Kurzbeschreibung

Die Werkzeugabdrängung stellt eines der größten Hindernisse auf dem Weg zu höherer Präzision und Qualität beim Mikrofräsen dar. Der Autor zeigt in dem vorliegenden Werk einen Ansatz, wie sich diese durch die Optimierung des Werkzeugauslaufs und des Werkzeugkerns bei einem Vollhartmetall-Mikroradiusfräser reduzieren lässt. Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung des Prozessverhaltens, wodurch sowohl die Bauteilqualität gesteigert als auch der Werkzeugverschleiß verringert werden kann.

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