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Fördermaßnahme: Hochleistungsfertigungsverfahren für die Produkte von Morgen - Technologieinnovationen auf dem Weg zur intelligenten Fertigung
Forschungsziel: Das konventionelle Wirbeln ist ein spanendes Fertigungsverfahren zur Herstellung von Gewinden, mit dem hohe Oberflächengüten erzielt werden können, das aber aufgrund technologischer Randbedingungen eine geringe Produktivität aufweist. Das Verfahren wird für die Herstellung von medizinischen Produkten wie auch für die Herstellung von Getrieben in der Feinwerktechnik und im Maschinenbau eingesetzt.Es besteht seitens der Industrie ein hoher Bedarf an einer signifikanten Verbesserung des Fertigungsprozesses und einer wirtschaftlichen Fertigung. Das Forschungsprojekt hatte das Ziel, ein synchrones Dreh-Wirbelverfahren zu entwickeln, mit dem die Prozess- und Fertigungszeiten verkürzt und Werkzeugstandzeiten erhöht werden sowie Potenziale zur Steigerung der Schnittgeschwindigkeiten mit einem verminderten Abtragsvolumen erzielt werden können.
Dr. Volker Sellmeier +49 711 3191-713
volker.sellmeier@index-werke.de
Dipl.-Ing. Ulrike Kirsten
+49 721 608-31411
ulrike.kirsten@kit.edu
Problemstellung
Zur Fertigung gewindeartiger Bauteile mit sehr hohen Anforderungen an die Oberflächengüte werden häufig Wirbelprozesse eingesetzt. Die Bearbeitung ist gratfrei und es entstehen nur kurze Späne. Aufgrund der technologisch bedingten kleinen Rotationsgeschwindigkeiten des Bauteils ist keine weitere parallele Bearbeitung möglich. Hohe Prozesskräfte, ein hoher Schneidenverschleiß sowie eine problematischer Transport der Späne begrenzen die Produktivität dieses Verfahrens.
Projektergebnisse
Zur Fertigung gewindeartiger Bauteile mit sehr hohen Anforderungen an die Oberflächengüte werden häufig Wirbelprozesse eingesetzt. Die Bearbeitung ist gratfrei und es entstehen nur kurze Späne. Aufgrund der technologisch bedingten kleinen Rotationsgeschwindigkeiten des Bauteils ist keine weitere parallele Bearbeitung möglich. Hohe Prozesskräfte, ein hoher Schneidenverschleiß sowie ein problematischer Transport der Späne begrenzen die Produktivität dieses Verfahrens.
Zur pilotmäßigen Umsetzung des Verfahrens wurde ein spezieller Dreh-Wirbelapparat zur Parallelisierung von Drehoperation und Wirbelprozess entwickelt. Mit dieser parallelen Drehoperation kann das vom Wirbelapparat abzutragende Materialvolumen um mehr als 50% reduziert werden. Des Weiteren werden Dreh-Wirbelköpfe und Schneiden weiterentwickelt. Die Potenziale des Dreh-Wirbelns im Vergleich zum konventionellen Wirbeln wurden in mehreren Versuchen anhand eines Demonstrators aufgezeigt. Eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit und der Standzeit der Wirbelwerkzeuge sind weitere Effekte, die nachgewiesen werden konnten und eine wirtschaftliche Fertigung ermöglicht.
Ergebnisverwertung
Als Ergebnis steht ein neues Verfahren zur Verfügung, das die Vorteile einer energieeffizienten und ressourcenschonenden Produktion demonstriert. Das Potenzial des Verfahrens wird am Beispiel einer Knochenschraube dargestellt. Parallel dazu erfolgt eine Größenskalierung und Übertragung des Dreh-Wirbelns auf weitere Anwendungsfälle, wie z. B. Gewinde- und Kugelumlaufspindeln sowie Pumpenkomponenten.
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