HSC-Bearbeitung
| Auftraggeber | GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V. Näherstiller Strasse 10 98574 Schmalkalden |
| Branche | 72 Forschung und Entwicklung |
| Projektart | Forschungs- / Entwicklungsprojekt |
| Ausgangssituation | Als Konstruktionswerkstoff für Zerspanungswerkzeuge hat Hartmetall (HM) einen sehr hohen Stellenwert. Speziell für Bohrer und Schaftfräser unterschiedlichster Ausführungsformen ist der HM-Einsatz in der Hochleistungszerspanung nicht mehr wegzudenken. Unabhängig davon werden von Seiten der Hersteller und der Anwender von HM- Werkzeugen die Werkstoff-Einsatzgrenzen immer mehr ausgelotet oftmals bis zur Materialgrenze, dem Werkzeugbruch, Bild 1. Ein bestmögliches Aufzeigen der Einsatzgrenze(n) entsprechender HM- Werkzeuge ist somit über, den wichtigen Aspekt der Zerspanungs- bzw. Produktionssicherheit hinaus auch aus rein ökonomischer Sicht bedeutsam. |
| Zielstellung | Durch die dynamischen Werkzeugprüfungen soll eine praxisnahe Möglichkeit geschaffen werden, relevante Kennwerte in Bezug auf die Materialqualität bzw. die Oberflächengüte von Hartmetallwerkzeugen mittels eines kombinierten Verfahrens sowie neuartiger Prüftechnik zu ermitteln. Ein unter maximaler dynamischer Biegewechselbelastung weitestgehend bestimmbarer Einsatz von zylindrischen Schaftwerkzeugen und Materialien mit geringfügiger Verformbarkeit - wie beispielsweise Keramik, Glas oder Hartmetall - beinhaltete die Zielstellung in diesem Projekt. Exemplarische Untersuchungen waren am Beispiel von Vollhartmetall- Schaftwerkzeugen bzw. an HM-Dummys infolge der durch die Zerspanungsprozesse resultierenden dynamischen Biegekräfte durchzuführen. Als markante Kenngröße stand hierbei die Biegefestigkeit bzw. die Biegewechselbruchfestigkeit im Vordergrund. |
| Ergebnisse | Im Gegensatz zu bekannten Verfahren und entsprechenden Prüfgeräten für die Bestimmung der rein statischen Biegebruchfestigkeit von Hartmetallen / HM-Stäben (nach DIN EN ISO 3327) erfolgte im Rahmen dieser Projektarbeit die Ermittlung der dynamischen Biegebruchfestigkeit von Schaftwerkzeugen unter Berücksichtigung unterschiedlichen Hartmetallqualitäten. Mit Hilfe einer speziell aufgebauten Prüfeinrichtung, bestehend aus PC- Steuerung, wahlweise hydraulischer oder pneumatischer Energiezuführung, einer modularen Biegewechselbelastungseinheit sowie entsprechender Sensorik, wurden umfangreiche Werkzeugprüfungen durchgeführt. Im Konkreten wurde die Entwicklung eines Prüfsystems zur Ermittlung der maximalen Belastungswerte von den genannten biegesteifen Werkstoffen abgeschlossen (Bild 2). Die vom Biegemoment abhängigen Werkzeugdurchbiegungen werden direkt an den jeweiligen Belastungsangriffspositionen über einen induktiven Wegmesssensor erfasst. Eine zeitgleiche Ermittlung von Biegekraft und Biegeweg wurde dabei gewährleistet. Die stufenlose und direkte Datenerfassung ermöglicht darüber hinaus eine genaue und subjektive Datenauswertung. Mit Hilfe der Analyse- und Auswertesoftware „TurboLab" werden beispielhaft in der nachfolgenden Abbildung (Bild 3) die resultierenden Kraft- und Weg- Kennlinien infolge einer dynamischen Werkzeugbelastung für eine Drehzahl von 6.500 [min-1] aufgezeigt. Ausgehend von dem erarbeiteten Know how ist die GFE somit in der Lage, bereits im Vorfeld des industriellen Einsatzes die Leistungsgrenzen entsprechender HM-Schaftwerkzeuge zu simulieren und zu bewerten. Gleichfalls ist es möglich, eventuelle Werkstoffschädigungen, z.B. Hartmetallhaarrisse, aufzuzeigen. Durch die Möglichkeit der dynamischen Werkzeugprüfungen können künftig Werkzeugbruch, Werkstückbeschädigungen und Maschinenausfallzeiten bei maximaler Werkzeugbelastung auf ein Minimum reduziert werden. |