Entwicklung von individuellen Stufenwerkzeugen basierend auf Konstruktionselementen (FEBAST)

Problemlage
Bei spanenden Fertigungsprozessen, wie z. B. dem Bohren und Senken von Löchern in Motorblöcken, können durch den Einsatz sogenannter individueller Stufenwerkezuge mehrere Bearbeitungsschritte mit nur einem Werkzeug durchgeführt werden. Durch die eingesparten Werkzeugwechselzeiten und die reduzierten Beschaffungsaufwände, die beim Einsatz von Standardwerkzeugen anfallen würden, kann die Wirtschaftlichkeit eines Fertigungsprozesses immens gesteigert werden. Der Produktivitätssteigerung steht jedoch bisher der hohe Entwicklungsaufwand bei der Auslegung eines Stufenwerkzeugs gegenüber. Diese begründen sich durch den bisherigen iterativen Entwicklungsprozess, bei dem aufwändige Prototypen der Sonderwerkzeuge erstellt und im Einsatz getestet werden. Daher kommen Stufenwerk-zeuge bislang nur in der Großserienfertigung zum Einsatz. In kleinen und mittelständischen Unternehmen mit deren typischen kleinen Losgrößen werden Stufenwerkzeuge aufgrund der geringen Flexibilität nur selten verwendet.

Projektziel
Ziel des Forschungsprojekts ist es, den Entwicklungsaufwand von Stufenwerkzeugen zu reduzieren. Dazu sollen zukünftig Stufenwerkzeuge basierend auf einem Baukastensystem konstruiert und gefertigt werden.

Vorgehensweise
Hierzu wird eine Software entwickelt, welche es dem Werkzeugentwickler ermöglicht, aus einem CAD-Modell des zu bearbeiteten Werkstücks die benötigten Werkzeugsegmente aufwandsarm abzuleiten. Anschließend wird aus den Segmenten durch einen Algorithmus das optimale Stufenwerkzeug ermittelt. Durch ein automatisiertes Verfahren wird der Schleifprozess zur Herstellung generiert und durch Simulation ein exaktes digitales Modell des Werk-zeugs erzeugt. Das virtuelle Werkzeug wird anschließend in einer Einsatzsimulation auf seine Tauglichkeit geprüft. Treten Probleme auf, können Änderungen mit minimalem Aufwand vor-genommen werden. Zusätzlich kann die Wirtschaftlichkeit der entwickelten individuellen Werkzeuge bereits in der Auslegung bewertet werden.

Verwertungspotial und Ergebnisse
Die Durchführung des Forschungsvorhabens ermöglicht eine schnelle und auf-wandsarme Entwicklung von Stufenwerkzeugen unter gleichzeitiger Berücksichti-gung der Wirtschaftlichkeit. Damit können Stufenwerkzeuge zukünftig auch von kleinen und mittelständischen Unternehmen wirtschaftlich eingesetzt werden. Durch den virtuellen Entwicklungsprozess mit integrierter Simulation kann dem Kunden der zum Werkzeug passende Prozess direkt zur Verfügung gestellt werden. Die im Projekt entwickelten Methoden richten sich zunächst an metallverarbeitende Unternehmen aus dem Automobilsektor und der Luftfahrtbranche. Zukünftig ist eine Übertragung auf Holz- und Kunststoffverarbeitende Unternehmen geplant.

• esco GmbH engineering solutions consulting
• Leibniz Universität Hannover
• Wolf Werkzeugtechnologie GmbH