Innovative Werkzeuge, additiv-subtraktive Prozessketten und ressourcenschonende Ansätze in der Zerspanung

Zukunftsorientierte Zerspanung

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Span(n)ende Themen bei der zweiten Fachtagung des Vereins für Zukunftsorientierte Zerspanung e.V. am 08.10.2019. Bild: ZoZ
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Über 60 Teilnehmer nutzten die Gelegenheit, sich bei der zweiten Fachtagung des Vereins für Zukunftsorientierte Zerspanung e.V. (ZoZ) über innovative Werkzeuge, additiv-subtraktive Prozessketten und ressourcenschonende Ansätze in der Zerspanung zu informieren. Das Forum fand diesmal am Institut für Produktionstechnik KIT wbk in Karlsruhe statt. Im Rahmen der Veranstaltung hatten die Teilnehmer auch die Möglichkeit, sich im Versuchsfeld des KIT wbk über die aktuellen Forschungsprojekte des Instituts zu informieren

Keynote: Prof. Volker Schulze, KIT wbk

Den thematischen Auftakt der insgesamt 13 Beiträge bildete Prof. Volker Schulze vom KIT wbk mit seinem Keynote „Zukunftsorientierte Zerspanung – Spannungsfeld zwischen Ressourceneffizienz und Surface Engineering“. In seinem spannenden Vortrag beleuchtete er die zunehmend wichtiger werdende Synergie zwischen Fertigungs- und Werkstofftechnik. Er zeigte auf, dass ein großes Potenzial besteht, gewünschte Bauteilfunktionalitäten bereits bei der spanabhebenden Bearbeitung gezielt einstellen zu können. Dies könnte bspw. eine definierte Eigenspannung in der Randzone einer Bohrung sein. Eine nachfolgende Wärmebehandlung des Bauteils wäre dann nicht mehr erforderlich. Dass eine ressourceneffiziente Bearbeitungsweise dabei kein Nachteil sein muss, zeigte Prof. Schulze am Beispiel der Minimalmengenschmierung (MMS). Die hier im Vergleich zur Überflutungskühlschmierung herrschenden höheren Bearbeitungstemperaturen können gezielt zur Beeinflussung der Bauteilrandzone genutzt werden.

Andree Fees, HPM Technologie GmbH

Hier knüpfte Andree Fees von der HPM Technologie mit seinem Beitrag zu Potenzialen, Chancen und Möglichkeiten der MMS an, indem er zunächst deren Vorteile in den Bereichen Nachhaltigkeit, Sicherheit und Gesundheit gegenüber der Überflutungskühlschmierung aufzählte. Anschließend stellte er am Beispiel der Elektromobilität sowohl Anforderungen als auch Chancen einer ressourceneffizienten Zerspanung mit MMS bei der Herstellung der zukünftig benötigten Bauteile heraus.

Benedict Stampfer, KIT wbk

Antworten auf grundlegende Fragestellungen zum Einsatz der Minimalmengenschmierung lieferte Benedict Stampfer vom KIT wbk in Form von Forschungsergebnissen zu den Einflüssen des Volumenstroms des verwendeten Schmiermediums und des Sprühbilds des erzeugten Aerosols beim Bohren des Werkstoffs 42CrMo4. Die von ihm durchgeführten Arbeiten zeigen im Bereich der Adaption der MMS an neue Zerspanungsaufgaben ein Optimierungspotenzial auf und bieten seitens der Aerosolerzeugung, der Werkzeuggestaltung und der Prozessführung Lösungsansätze an.

Dr. Philipp Jakob, Botek GmbH

Im Themenblock Werkzeuge bewies Dr. Philipp Jakob von der Botek GmbH eindrucksvoll, dass beim Tiefbohren mit entsprechenden Werkzeuginnovationen Produktivität und Ressourceneffizienz einhergehen. So kann an den bei den von ihm vorgestellten Vollhartmetall-Einlippenbohrern der Kopf mehrfach nachgeschliffen und schließlich unter Erhaltung des Werkzeugschafts ersetzt werden. Bei Einlippenwerkzeugen in herkömmlicher Bauweise war dies nicht möglich.

Robert Wegert, IfW der Universität Stuttgart

Den Bogen zwischen dem von Prof. Schulze beschriebenen Surface Engineering und den von Dr. Jakob vorgestellten Tiefbohrwerkzeugen spannte Robert Wegert vom Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart. Am Beispiel eines Einlippenbohrers mit Wechselplatten stellte er Möglichkeiten und Voraussetzungen zur Realisierung und zum Einsatz eines sensorintegrierten Zerspanungswerkzeugs vor, mit dem sich prozessparallel Temperaturen, Kräfte und Schwingungen erfassen lassen.

Das Ziel seiner Forschungsarbeiten ist es, den Tiefbohrprozess so regeln zu können, dass sich über thermische und mechanische Effekte Bohrungsrandzonen mit definierten Eigenschaften einstellen lassen.

Stefan Zecha, Zecha GmbH

Stefan Zecha von der Zecha GmbH berichtete über Hartmetallwerkzeuge mit laserbearbeiteter Diamantbeschichtung und gab hierbei anhand von entsprechenden Fallbeispielen eindrucksvoll das herausragende Einsatzverhalten dieser Werkzeuge bei der Bearbeitung von hochfesten Kunststoffen, Elektrolytkupfer, Aluminiumlegierungen sowie Kupfer-Nickel-Legierungen wieder.

Timo Mager, Walter AG

Die Beeinflussung der Bauteilrandzone durch die spanabhebende Bearbeitung war auch Schwerpunkt des Beitrags von Timo Mager von der Walter AG, der neben allgemeinen Informationen zur Gewindeherstellung auch grundlegende Zusammenhänge zwischen der Bohrungsvorbearbeitung und dem anschließenden Gewindeschneiden erörterte. Hierbei ging er insbesondere auf das Gefüge und die Härte der Randzone an den erzeugten Gewindeflanken ein.

Dr. Reiner Schwäblein, GFE Schmalkalden

Ebenfalls um innovative, nämlich gewichtsreduzierte Zerspanungswerkzeuge ging es im Vortrag von Dr. Reiner Schwäblein von der GFE Schmalkalden. Er stellte unterschiedliche Ansätze des Werkzeugleichtbaus sowie deren Vor- und Nachteile vor. Neben Schicht- bzw. Sandwichbauweise behandelte er auch Metallschaumstrukturen sowie generativ gefertigte Lösungen in Hybridbauweise. Beispielwerkzeuge, die an der GFE entwickelt und untersucht wurden rundeten den Vortrag ab.

Thomas Bischoff, Gühring KG

Beispiele generativ hergestellter Werkzeuge und Werkzeugkomponenten stellte auch Thomas Bischoff von der Gühring KG vor. Auch die von ihm vorgestellten Werkzeuge, u.a. für Anwendungen im Bereich von Antriebkomponenten für die Elektromobilität, zeichnen sich durch ein geringes Gewicht sowie eine hochflexible Gestaltung aus.

Dr. Herrmann, Synopt GmbH

Als Tool kann auch die Zerspanungssimulation betrachtet werden und zwar als eines, mit dem sich Prozessparameter optimieren aber auch die Werkzeugentwicklung unterstützen lassen. Dr. Herrmann von der Synopt GmbH erläuterte hierzu die Möglichkeiten unterschiedlicher Softwarelösungen, die auf analytischen oder kontinuumsmechanischen Ansätzen basieren und mit denen sich Zerspankräfte, Spanbildungsvorgänge, Prozessinstabilitäten und Randzoneneigenschaften berechnen lassen.

Den Abschluss der Fachtagung bildeten Vorträge, die sich intensiv mit den Aspekten generativer Fertigungsverfahren auseinandersetzten, dies jedoch immer im Kontext mit nachfolgenden spanabhebenden (subtraktiven) Bearbeitungsverfahren oder mit generativ hergestellten Zerspanungswerkzeugen.

Dr. Stefan Hövel, Bosch Rexroth AG

So beschritt Dr. Stefan Hövel von der Bosch Rexroth AG in seinem Beitrag den Weg zur Industrialisierung der additiven Fertigung metallischer Bauteile als einen Weg mit Herausforderungen. Er diskutierte hierbei Möglichkeiten und Grenzen der klassischen spanabhebenden, der generativen und der hybriden Fertigungsweise von ölhydraulischen Komponenten mit erhöhten Anforderungen an Genauigkeit und Oberflächengüte. Die sinnvolle Kombination von hybriden, additiv und subtraktiv bearbeiteten Bauteilen resultiert in Kompromissen zwischen hoher Flexibilität und Bauteilindividualisierung und erreichbarer Wirtschaftlichkeit.

Manuela Neuenfeldt, KIT wbk

Grundlegende Erkenntnisse zur subtraktiven Bearbeitung von additiv hergestellten Werkstoffen stellte Manuela Neuenfeldt vom KIT wbk vor. Sie untersuchte unter anderem die möglichen seitens der Zerspankräfte, der erreichbaren Oberflächengüte sowie der Bearbeitungstemperatur.

Gregor Graf, Rosswag GmbH

Den Abschluss des Forums bildete der Vortrag von Gregor Graf von der Rosswag GmbH, der eindrucksvoll erläuterte, welche Vielzahl an Gestaltungsmöglichkeiten und Werkstoffen die additive Fertigung gerade auch bei der Herstellung von Zerspanungswerkzeugen bietet. So lassen sich in komplexen und kompakten Dreh- und Fräswerkzeugen die Kühlschmierstoffkanäle weitgehend frei verlegen. Dieser Gestaltungsfreiraum dient auch der optimalen Auslegung von Kühlschmierstoffaustrittsöffnungen, so dass letztlich wieder Zerspanungswerkzeuge für effiziente Bearbeitungsprozesse entstehen.

Die Veranstaltung vermittelte eindrucksvoll das Knowhow des Vereins für Zukunftsorientierte Zerspanung e.V. rund um die Herausforderungen der Zerspanung, konnte aber auch Referenten außerhalb des Vereins eine Plattform bieten, über innovative Entwicklungen der Zerspanung zu berichten. Nebenbei blieb den Teilnehmern genügend Zeit, um sich gegenseitig zu vernetzten. Es ist geplant, die Veranstaltungsreihe des Vereins für Zukunftsorientierte Zerspanung e.V. mit der 3. Fachtagung im Herbst 2021 fortzusetzen.

Zukunftsorientierte Zerspanung e.V.
www.zukunftsorientierte-zerspanung.de

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