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Ressourceneffiziente Wiederverwertung verschlissener Fräswerkzeuge

Ressourceneffiziente Wiederverwertung verschlissener Fräswerkzeuge

© IFW
Umgeschliffener Fräser im Standzeitversuch

Recycling soll sich rechnen: Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) erforscht die ressourceneffiziente Wiederaufbereitung von Fräswerkzeugen. Gemeinsam mit dem Kooperationspartner Wulf Schleiftechnik GmbH arbeiten die Forscher an einem regenerativen Umschleifprozess. IFW-Mitarbeiter Marcel Wichmann: „Einmalig in diesem Projekt ist eine ökologische und ökonomische Verfahrensbewertung des zur Regeneration eingesetzten Schleifprozesses.“ Darüber hinaus bewerten die Wissenschaftler auch das Einsatzverhalten der wiederaufbereiteten Werkzeuge. Als Alternative zu den aktuell sehr energie- und kostenintensiven Recyclingansätzen erforscht das IFW Hannover gemeinsam mit dem Kooperationspartner Wulf Schleiftechnik GmbH die ressourceneffiziente Wiederaufbereitung von Fräswerkzeugen durch einen regenerativen Umschleifprozess. Erstmals wird unter der Berücksichtigung des zur Regeneration eingesetzten Schleifprozesses eine ökonomische und ökologische Verfahrensbewertung, sowie eine Bewertung des Einsatzverhaltens der wiederaufbereiteten Werkzeuge durchgeführt.

Vollhartmetall-Fräser werden für die Hochleistungszerspanung unter anderem in der Luftfahrtindustrie eingesetzt, bei denen sie hohen Belastungen ausgesetzt sind.  Im Einsatz unterliegen Zerspanwerkzeuge aus Vollhartmetall (VHM) bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe, wie beispielsweise Titanlegierungen, einem hohen Verschleiß. Ist die Möglichkeit des Nachschleifens aufgrund gestaltspezifischer Restriktionen ausgeschöpft, wird das Werkzeug entsorgt. Bisherige Recyclingansätze gehen einen energie- und kostenintensiven Weg. Wichmann: „Der Schrott wird zerkleinert, gemischt, gesintert und ein neues Werkzeug wird geschliffen. Die Nutzung von Schrottwerkzeugen als Rohlinge zur Herstellung neuer Hartmetallwerkzeuge stellt eine ressourceneffiziente Alternative dar.“

Das Hauptziel des aktuellen Forschungsvorhaben mit der Wulf Schleiftechnik GmbH  ist die Entwicklung eines industrietauglichen Verfahrens zur Regeneration von Vollhartmetall-Zerspanwerkzeugen. Durch das Verfahren soll ein ökologisch und ökonomisch effizienter Wiederaufbereitungsprozess entwickelt werden. Dieser beruht auf einer direkten Verwendung verschlissener Fräswerkzeuge, die nicht mehr nachgeschliffen werden können, als Rohlinge für Neuwerkzeuge kleineren Durchmessers. Werkzeuge, die verschlissen und nicht mehr nachschleifbar sind, werden zur Auswahl eines Zielwerkzeugs zunächst mittels eines optischen 3D-Scanners analysiert. Anschließend wird anhand eines Vergleichs der Soll- und Ist-Geometrie ein passendes Zielwerkzeug ausgewählt. Im nächsten Schritt erfolgt die Planung der Prozessschritte des regenerativen Umschleifens. Die Schneiden werden zunächst durch einen Rundschleifprozess zurückgesetzt. Darauf folgen angepasste Werkzeugschleifoperationen zur Herstellung des Zielwerkzeugs. Abtragssimulationen unterstützen bei der Prozessplanung, um die Prozessstellgrößen entsprechend der variierenden Eingriffsverhältnisse optimal anzupassen.

Erste Untersuchungen zeigen, dass die Material- und Fertigungseinzelkosten bei Verwendung der optimalen Prozessstellgrößen im regenerativen Umschleifprozess 73 Prozent geringer als beim konventionellen Werkzeugschleifen sind. Durch die Verwendung verschlissener Werkzeugrohlinge wird bis zu 70 Prozent weniger Hartmetallrohstoff verschwendet als beim konventionellen Werkzeugschleifen.

Zur Bewertung des Einsatzverhaltens der regenerierten Werkzeuge wurden Flankenfräsversuche mit Titan-Blöcken der Legierung TiAl6V4 auf einem Fräsbearbeitungszentrum am IFW durchgeführt. Der Verschleißzustand jeder Werkzeugschneide wurde regelmäßig nach einer festen Anzahl an Fräsbahnen mit einem optischen Digitalmikroskop ermittelt. Die Ergebnisse dieser ersten Untersuchung des Einsatzverhaltens zeigen, dass die regenerativ umgeschliffenen Fräswerkzeuge prinzipiell eine ähnliche Standzeit wie die neugeschliffenen Werkzeuge aufweisen.

Mithilfe des vorgestellten Verfahrens ist es möglich verschlissene Fräswerkzeuge durch den Umschleifprozess zu regenerieren. Durch die Untersuchungen konnte zudem gezeigt werden, dass das regenerative Werkzeugschleifen sowohl das Potential einer ökonomischen als auch einer ökologischen Alternative zum konventionellen Werkzeugschleifen besitzt.

 Für weitere Informationen steht Ihnen M.Sc. Marcel Wichmann, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, unter Telefon +49 511 762 2533 (Sekretariat) oder per E-Mail unter wichmann@ifw.uni hannover.de gern zur Verfügung.