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Curved Circular Cutting: Strategien für hybride Leichtbaustrukturen

Bearbeitung räumlich gekrümmter Konturen mit scheibenförmigen Werkzeugen
Prozessstrategien für hybride Leichtbaustrukturen

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Säge oder Scheibenfräser? Gemeinsam mit dem Institut für Produktionsmanagement und -technik (IPMT) der Technischen Universität Hamburg (TUHH) hat der Werkzeugspezialist Gühring einen neuen Werkzeugprototyp entwickelt, der diese Frage beantwortet. Das Werkzeug, welches einem Scheibenfräser bzw. einer Kreissäge ähnelt, ist für die Anwendung des Curved Circular Cutting (CCC) optimiert. Dieses innovative Trennverfahren, das am IPMT entwickelt wurde, ermöglicht die Bearbeitung räumlich gekrümmter Konturen mit scheibenförmigen Werkzeugen, an der konventionelle Säge- bzw. Trennschleifprozesse scheitern. Autor: Name

Kern des Curved-Circular-Cutting-Verfahrens stellt die Kombination speziell aufeinander abgestimmter Werkzeuggeometrien und Bahnplanungsalgorithmik dar. Dies erlaubt die Komplettbearbeitung von 2,5xD-Schalenbauteilen, die aus design- und strömungstechnischen Gründen mehr oder weniger starke räumliche Krümmungen aufweisen. Hierzu zählen beispielsweise Rumpfschalen aus dem Flugzeug- und Yachtbau, Karosserieelemente aus dem Automobilbereich oder Rotorblätter von Windenenergieanlagen.

Um das Anwendungsfeld der CCC-Technologie zu erweitern, welche bislang auf die Bearbeitung von duroplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) mit Trennschleifscheiben beschränkt war, haben die Spezialisten von Gühring mit dem IPMT einen innovativen Werkzeugprototyp mit geometrisch bestimmter Schneide entwickelt. Der Fokus von Gühring lag dabei auf der optimalen Auslegung des Werkzeuges hinsichtlich der Anordnung und Anstellung der Schneiden. Diese gewährleistet einen ruhigen Lauf des Werkzeuges und eine sichere Spanabfuhr. Auch musste durch die im 3D-CAD entwickelte Werkzeuggeometrie, trotz sehr exponierter Position der Schneiden, deren sichere Anbindung und geometrische Lage auch bei hohen Drehzahlen sichergestellt werden.

Deutlich geringere thermomechanische Belastungen

Der neuartige Werkzeugtyp zeichnet sich im Betrieb aber vor allem auch dadurch aus, dass dieser im Vergleich zu den bisher eingesetzten Trennschleifscheiben deutlich geringere thermomechanische Belastungen in der Zerspanzone hervorruft. Damit ist die CCC-Technologie neben der Bearbeitung von Faser-Kunststoff-Verbunden insbesondere bei der Bearbeitung von Leichtbaustrukturen aus Aluminium und hybriden Materialkombinationen, wie Faserkunststoff-Metall-Laminaten, interessant. Das Werkzeugkonzept ist folglich die ideale Lösung, wenn es um die Bearbeitung von Schalenbauteilen aus Materialmixen geht.

Bisherige Untersuchungen mit dem Werkzeugkonzept zeigen großes Potenzial und machen die Kombination aus Werkzeug und Verfahren sowohl zu einer attraktiven Alternative zum Abrasiv-Wasserstrahlschneiden (AWJ) als auch zu kombinierten Bearbeitungen mittels Fräsen und Sägen.

Hohe Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten

Im Vergleich zu diesen konventionellen Bearbeitungsverfahren, punktet das Curved Circular Cutting mit Vorteilen, welche auf den Einsatz scheibenförmiger Werkzeuge zurückzuführen sind. So ermöglichen die vergleichsweise großen Werkzeugdurchmesser das Anbringen vieler Schneiden über den Werkzeugumfang und hohe Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten, wodurch das Verfahren hohe Produktivitätsraten erreicht.

Weiterhin hat die im Verhältnis zum Durchmesser kurze Kontaktlänge zwischen Werkzeug und Werkstück eine geringere thermische Belastung und einen geringeren Werkzeugverschleiß zur Folge, so dass hohe Standzeiten erreicht werden können. Darüber hinaus wird durch die biegesteife Grundkonstruktion des Werkzeuggrundkörpers und die geometrisch definierten Schneiden eine hohe Präzision der Bearbeitung gewährleistet.

Auf diese Weise lassen sich Maßhaltigkeits- oder Konturfehler minimieren, die beim Abrasiv-Wasserstrahlschneiden oder beim Einsatz von geometrisch unbestimmten Schneiden auftreten. Des Weiteren lässt sich die Werkzeugtechnologie und Bahnplanungsalgorithmik einfach und flexibel in bestehende Produktionsumfelder integrieren, da für den Technologieeinsatz keine Modifikationen an bestehenden 5-Achs-Bearbeitungszentren oder Industrierobotern erforderlich sind.

Zusätzliche Bohr- und Fräsoperationen

Müssen bei der Komplettbearbeitung von Bauteilen zusätzlich Bohrungen eingebracht oder kleine konkave Radien erzeugt werden, kann das Curved Circular Cutting lokal mit Bohr- und Fräsoperationen ergänzt werden. Um in diesen Fällen geringste Nebenzeiten sicherzustellen und eine hohe Verfahrensflexibilität zu gewährleisten wurde von Gühring zusätzlich eine Sonderspannlösung für die Verfahrenskombination mit Schaftwerkzeugen entwickelt und umgesetzt. Dieses System ermöglicht auch als adaptive Schnittstelle den Einsatz des Curved Circular Cutting Verfahrens auf bestehenden Anlagen.

Gühring KG
www.guehring.com

Institut für Produktionsmanagement &-technik der TU Hamburg
auch www.tuhh.de


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