Fräsprozessoptimierung durch Überlagerung der Schnittkräfte mit richtungsabhängigen und hochfrequenten Impulsen (Impulsfräsen)

Problemstellung
Um die Wirtschaftlichkeit und den Energieeinsatz beim Fräsen zu optimieren, wurden in den letzten Jahren eine Vielzahl von wissenschaftlichen Projekten durchgeführt. Neben der Optimierung des organisatorischen Umfelds des Fräsprozesses stand vor allem die Verbesserung der Schneidwerkstoffe und die Schneidengeometrie im Fokus. Aus technologischer Sicht konzentrierten sich die Entwicklungen auf neuartige beziehungsweise optimierte Schneidstoffe wie Feinkornhartmetalle, Titankarbide, Titannitrid oder Wolframkarbide und insbesondere deren Beschichtungen. Die Entwicklung des „optimalen“ Schneidwerkstoffs bewegt sich dabei immer im Spannungsfeld von erforderlicher Zähigkeit (der Minimierung von Bruchversagen auch bei impulsartiger Belastung) und der Maximierung von Schnittgeschwindigkeit und Verschleißfestigkeit bei hohem Warmverhalten. Herausforderung bei zukünftigen Entwicklungen ist die Verbesserung der Energieeffizienz (Schnittgeschwindigkeit, Standzeit, Warmverhalten) des eigentlichen Trennprozesses.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projektes „Impulsfräsen“ ist daher die Entwicklung eines Systems zur Leistungssteigerung von Fräsprozessen. Dies soll durch die Ausnutzung einer „mechanisch-physikalischen“ Wechselwirkung zwischen Schneidwerkstoff und Werkstück in Form einer überlagerten hochfrequenten Schwingungs- und Impulsbelastung erreicht werden.
Nach einer ersten Abschätzung sollte dadurch eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeiten um bis zu 20% bei einer Reduktion des Energieeinsatzes (für den reinen Zerspanungsvorgang) von bis zu 25% realisierbar sein.

Vorgehensweise
Ein komplett neues Verfahren zum Hochleistungsfräsen für zahlreiche industrielle Zerspanungsanwendungen soll geschaffen werden. Die auf dem heutigen Stand der Technik bekannten theoretischen und praktischen Erkenntnisse der Zerspanung (mit geometrisch bestimmter und unbestimmter Schneide) werden erhoben und im Zusammenhang mit einer angestrebten, hochfrequenten Wechselwirkung zwischen Schneidwerkstoff und Werkstück neu bewertet und weiterentwickelt. Um die Absenkung der mechanischen und thermischen Belastung der eingesetzten Werkzeuge sowie die Steigerung der Zerspanungsleistung nachzuweisen, wird ein Demonstrator konzipiert und realisiert.

Ergebnisse und Anwendungspotentzial
Die Entwicklung und Umsetzung des Projekts „Impulsfräsen“ leistet einen wesentlichen Beitrag zur Wirtschaftlichkeit von industriellen Fräsprozessen, da die Energieeffizienz des Trennprozesses und die Zerspanungsleistung deutlich verbessert werden können. Nach Abschluss der Entwicklung ist eine globale Vermarktung des Systems in Zusammenarbeit mit führenden Werkzeugmaschinenherstellern und über den qualifizierten Vertrieb des Antragstellers geplant.

• AVANTEC Zerspantechnik GmbH