Effiziente und anwendungsorientierte Gestaltung von Spanleitstufen bei Präzisionswerkzeugen

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1 VDMA Technologieforum - AMB Stuttgart 2018 Effiziente und anwendungsorientierte Gestaltung von Spanleitstufen bei Präzisionswerkzeugen Dr.-Ing. Reiner Schwäblein GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.v.

2 VDMA Technologieforum - AMB Stuttgart 2018 Gliederung: Kurzvorstellung GFE Spanleitstufen Eine Möglichkeit zur Geometrieoptimierung von Werkzeugschneiden - Stand der Technik / Zielstellung / Realisierung - Anwendungsbeispiele / Zerspanungstest / Ergebnisse Zusammenfassung und Ausblick

3 Spanleitstufen Stand der Technik Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung e.v. Näherstiller Str Schmalkalden Forschungs- und Entwicklungseinrichtung mit Schwerpunkt WERKZEUGE / Werkzeugsysteme gegründet 1992 als gemeinnützige Forschungsvereinigung Gründungsmitglieder u.a. - Fachverbände der Werkzeugindustrie VDMA/DPV, FWI - Unternehmen der Werkzeugindustrie - regionale und kommunale Körperschaften usw. 133 Mitglieder (davon ca. 90 produzierende Unternehmen) 70 Mitarbeiter Organisator / Mitveranstalter der Schmalkalder Werkzeugtagungen

4 Kurzvorstellung GFE Schmalkalden e. V.

5 Spanleitstufen Stand der Technik Die Spanleitstufe (Spanleitkontur) ist eine direkt hinter der Werkzeugschneide eingearbeitete Stufe oder Absatz in Form einer Nut bzw. Erhebung. Quelle: Horn Quelle: Ceratizit Quelle: Dumont

6 Spanleitstufen Zielstellung Schlechter Spanbruch, Wirrspäne / Spänenester - schlechte Bauteiloberfläche - Werkzeugverschleiß / Schneidenbruch - Prozessunsicherheit. Stau in Späneförderer Herstellung definierter Spanleitstufen (Spanleitkontur) - Span kontrolliert zu führen (leiten) Spanbruch - Effizientes und reproduzierbares Zerspanungsergebnis aber: - Effektivität (Spanbruch) steigt mit der anwendungsspezifischen Geometrie (Einschränkungen bei Verwendung von Standardplatten mit SLS - Kompromiss optimalen Spanleitstufe (Spanbruch). SK-Stabilität (Vorschub) - Herstellung (Sintern, Schleifen, Erodieren, Lasern) Problemfall: kleine Stückzahlen (Keramik, PKD)

7 Spanleitstufen Realisierung durch Laserabtrag Analyse Anwendungsfall Variation der Prozessparameter sowie Makro- u. Mikrogeometrie Herstellung Spanleitstufen

8 Spanleitstufen Realisierung durch Laserabtrag Hochdynamische 5-Achsmaschine 100 W Laser Ytterbium-Faserlaser nm Wellenlänge, Pulslänge ns - Verfahrwege x, y, z: 200, 400, 280 [mm] - Laserspot D= D= µm µm (min. (min. Spurbreite) 10 -Begrenzung in in z-richtung Werkstückspannung Schwenk- Rundtisch - Tischdurchmesser 200 mm - HSK 63 (Magnetplatte) - Bauteilmasse: 10 kg Effiziente Herstellung von sehr anwendungsbezogenen Spanleitstufen (Strukturen) Schneidkanten, Freiwinkel in PKD, CBN, Keramik und HM

9 Anwendungsbeispiele Erfolgreich realisierte anwendungsspezifische Werkzeugoptimierungen Präzisionswerkzeuge mit SLS Gewindedrehen mit HM-WSP Drehen mit Keramik-WSP Aufbohren mit Keramik-WSP Einlippenbohrer VHM-Stufensenker Fachsymposium Intec, Leipzig

10 Anwendungsfall Gewindedrehen - Metrisches ISO-Gewinde - Steigung 0,5 mm Toleranzfeld 5g - Werkstoff 100Cr6 HRC42+3 / Schneidstoff HM- Gewindedrehplatten - Schnittgeschwindigkeit vc 48 m/min

11 Anwendungsfall Gewindedrehen WSP ohne SL-Stufe WSP mit Mikro-SL-Stufe (GFE- Lösung)

12 Anwendungsfall Gewindedrehen HM - Gewindedrehplatten mit SL - Stufe (Herstellerlösung) mit SL - Stufe (GFE- Lösung)

13 Anwendungsfall Gewindedrehen WSP mit SL-Stufe (Herstellerlösung) WSP mit Mikro-SL-Stufe (GFE- Lösung)

14 Anwendungsfall Innenbearbeitung mit Keramik-WSP - Werkstoff : Grau- u. Stahlguss (EN-GJS-500) - Schneidstoff : Keramik- (WNGA) WSP

15 Anwendungsfall Aufbohren mit Stufenwerkzeug - Werkstoff 50 CrMo4 / Schneidstoff VHM- Schaftwerkzeug - Anwendungsproblem: Minimaler Spanquerschnitt - kein Spanbruch hohe Belastung der Schneiden(ecken) 2 1

16 Anwendungsfall Aufbohren mit Stufenwerkzeug Schneiden- Problemzone 1 Schneiden- Problemzone 1

17 Zusammenfassung und Ausblick Anwendungsbezogene Herstellung von Spanleitstufen, ermöglicht: Spanbruch Verbesserung der Bauteiloberfläche Reduzierung der Zerspankräfte

18 Zusammenfassung und Ausblick Dienstleistungen im F&E- Bereich Werkzeugtechnik der GFE e.v. Analyse / Optimierung von Zerspanprozessen - Optimierung Werkzeuggeometrie (Makro- und Mikrogeometrie) - Optimierung von Prozessparametern (inkl. Schneidstoff) Herstellung anwendungsbezogener Präzisionswerkzeuge bzw. komplexer Spanleitgeometrien (Stufen, Schneidkantenpräparation, Schärfen) Reproduzierbarer Nachweis über Zerspanversuche (u.a. mit diverser In-Prozess-Messtechnik, Kraftmessung, High-Speed-Kamera, Laservibrometrie)

19 Zusammenfassung und Ausblick HM-Werkzeuge mit Schichtsystem: die Schneide ist nicht mehr scharf (z.b. Anwendungsfall Reibahlen) Schärfen der Schicht mit Lasertechnologie: notwendige Schärfe der Schneide wird (wieder) erreicht

20 VDMA Technologieforum - AMB Stuttgart 2018 Vielen Dank GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.v. Näherstiller Straße 10 / Schmalkalden Dr.-Ing. Reiner Schwäblein Tel / Fax Mail r.schwaeblein@gfe-net.de / Web