CNC-Arena eMagazine 4/2012

Autor: Frank Barthelmä, Geschäftsführer GfE Gesellschaft für Elektrometallurgie mbH

Die Möglichkeit, auf Funktionsbauteilen definierte Oberflächenstrukturen durch Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide zu erzeugen, ist zwar bekannt. Dieser Umstand gewinnt jedoch unter dem Gesichtspunkt, dass darüber auch die tribologischen Eigenschaften solcher Bauteile in bestimmten Grenzen „einstellbar“ sind, immer mehr an Bedeutung.

Die Herausforderungen der modernen Fertigungstechnik werden zunehmend durch die Notwendigkeit der Entwicklung von optimal an die jeweilige Arbeitsaufgabe angepassten Maschinen, Werkzeugen und Technologien bestimmt. Hohe Flexibilität der Ausrüstungen unter Berücksichtigung der jeweiligen Kosten pro Bauteil ist ein wichtiges Kriterium, wobei die Anforderungen an den Zerspanprozess sowohl in technischer als auch wirtschaftlicher Hinsicht angesichts der zunehmenden Vielfalt der zu bearbeitenden Werkstoffe in den vergangenen Jahren enorm gestiegen sind.

Definierte Oberflächenstrukturen

Der Strukturierung technischer Oberflächen auf Bauteilen zur Generierung von gewünschten Gebrauchseigenschaften wird besonders im Hinblick auf eine zu verbessernde Tribologie (Verschleißreduzierung, Reduzierung des Schmiermittelbedarfs) eine hohe Bedeutung beigemessen. Das Honen und der Einsatz der Lasertechnik im Bereich des Verbrennungsmotorenbaus oder auch das Schaben von Führungsbahnen im Werkzeugmaschinenbau sind Beispiele hierfür. Verschiedene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten befassen sich mit der Herstellung geometrisch definierter Oberflächenstrukturen durch das Drehfräsen als spanendes Verfahren, wobei der Einsatz von Werkzeugen mit speziellen Geometrien unter genau definierten Einsatzbedingungen notwendig ist.

Zu den Strukturen, die durch Hart-Drehfräsen erzeugt werden können, laufen Forschungen mit dem Ziel, eine so genannte Rückwärtssimulation zu ermöglichen. Dies bedeutet, ausgehend von einer gewünschten Oberflächenstruktur, die erforderlichen Werkzeuggeometrien und Verfahrensparameter vorauszubestimmen. Die prinzipielle Vorgehensweise: Es wird ermöglicht, sowohl Werkzeugparameter (Geometrie) als auch technologische Kenndaten so zu bestimmen, dass die Oberflächenstrukturen mit den gewünschten Parametern (Geometrie, Rauheitswerte usw.) erreichbar sind.

In konsequenter Auslegung dieser Prozesse wird damit ein ganzheitlicher Lösungsansatz geschaffen, bei dem der Simulation sowohl von Werkzeug als auch des Gesamtprozesses eine zentrale Rolle zukommt. Ziel muss es letztendlich sein, damit eine umfassende Wissensbasis für die Implementierung der Ergebnisse in Fertigungsprozesse und damit in reale Produkte zu schaffen.

Entwicklung aktorischer Werkzeuge

Oftmals ist es so, dass Strukturierung auf prismatischen Bauteilen zu erzeugen ist. Dies schließt den Einsatz des Drehfräsens aus. Um auch derartige Anwendungen zu realisieren, wird an einer Lösung gearbeitet, die auf einem klassischen dreiachsigen Bearbeitungszentrum aufbaut. Wesentliche Neuerung ist der Einsatz eines mechatronischen Werkzeugs, das dem Fräsprozess eine hochdynamische oszillierende Bewegung überlagert.

Das Ziel ist es, neuartige Werkzeug- und Technologielösungen zu entwickeln, bei denen durch das Zusammenwirken des vorhandenen

Achssystems der Maschine und der überlagerten, in ihrem zeitlichen Ablauf steuerbaren Axialbewegung des Werkzeugs die Erzeugung einer

Vielzahl von Oberflächen ermöglicht wird. Einsatzbereiche erschließen sich beispielsweise im Maschinenbau, zum Beispiel bei Führungsflächen von Werkzeugmaschinen und Komponenten, und generell im Bereich der Reibungsminderung von Gleitpaarungen.

Die Forschung konzentriert sich darauf, das Problem der Erzeugung definierter Oberflächenstrukturen auf Funktionsbauteilen auf Bearbeitungszentren durch einen ganzheitlichen Lösungsansatz zu beschreiben und zu lösen. Aus Sicht des Werkzeugs werden der Entwicklung und dem Einsatz von aktor-integrierten Zerspanungswerkzeugen für diese Anwendungsfelder eine wachsende Bedeutung für die Erzeugung auch tribologisch interessanter Oberflächenstrukturen zugeschrieben.

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