SFB871-T20: Werkstoffbezogene Prozessauslegung für das 5-Achs-Fräsen komplexer Investitionsgüter

Für die Fertigung im Werkzeug- und Formenbau werden häufig Fräsprozesse zur spanenden Formgebung eingesetzt. Dabei werden oft Kugelkopf-, Kreissegment- oder Tonnenfräser verwendet, da diese bei der Bearbeitung von Freiformflächen eine hohe Flexibilität bei der Oberflächengenerierung sicherstellen. Bei der Bearbeitung mit diesen Werkzeugen treten allerdings wechselnde Kontaktbedingungen zwischen Fräswerkzeug und Werkstück auf. Dadurch findet die spanende Oberflächengenerierung nicht auf allen Bereichen des Werkstücks gleichmäßig statt. Ebenso wie die Kontaktbedingung bei Kugelkopf-, Kreissegment- oder Tonnenfräsern sind zusätzlich die unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften der Werkstücke für die spanende Oberflächengenerierung relevant. Je nach Werkstoff treten unterschiedliche Materialtrennmechanismen und somit unterschiedliche Oberflächeneffekte auf. Bei der Oberflächengenerierung wechselwirken die Eigenschaften der Fräswerkzeuge mit den Werkstoffeigenschaften, sodass diese für eine optimale Oberflächenqualität abhängig voneinander einzustellen sind.

Zielsetzung

Im Teilprojekt C1 des SFB 871 wurden am IFW die Grundlagen für eine Methode zur spanenden Rekonturierung von komplexen Investitionsgütern erforscht. Das vorliegende Transferprojekt hat zum Ziel, das erarbeitete Grundlagenwissen zur Vorhersage der Oberflächentopographie und -qualität für den Anwendungsfall der Bearbeitung von Freiformflächen mit hohen Anforderungen an die Oberflächengüte in ein industrielles Umfeld zu transferieren. Darauf aufbauend soll eine Methode zur Auswahl der Fertigungsparameter entwickelt werden, mit der die Topographieausprägung, unter Berücksichtigung der Einflüsse der Prozessstellgrößen beim Kugelkopffräsen und Fräsen mit weiteren komplexen Schneidenkonturen ausgelegt werden kann.

Vorteile

Durch die Kenntnis des Einflusses der Prozesseinstellgrößen und Werkzeuggeometrie auf die Oberflächenausbildung können Bearbeitungsstrategien gezielt optimiert werden, sodass eine Gratfreie Bearbeitung von komplexen Investitionsgütern gewährleistet wird.

Vorgehen

Basierend auf den gesteckten Zielen des Transferprojekts wurde in Kooperation mit der OPEN MIND Technologies AG und der FRANKEN GmbH & Co. KG eine Methode zur Auswahl von Fertigungsparametern erforscht und entwickelt, mit der die Gratausbildung unter Berücksichtigung der Einflüsse der Prozesseinstellgrößen sowohl beim Kugelkopffräsen als auch beim Fräsen mit Kreissegmentfräsern ausgelegt werden kann. Der Kern der Ergebnisse wurde in ein Python-basiertes Add-on überführt mit dem es möglich ist, anhand der in der Werkzeugdatenbank hinterlegten Prozesseinstellgrößen in einer CAD/CAM-Anwendung, wie beispielsweise Zahnvorschub und Schnittgeschwindigkeit, Empfehlungen für eine gratfreie Bearbeitung abzuleiten

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