Institut für Fertigungstechnik u. Hochleistungslasertechnik

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1 Institut für Fertigungstechnik u. Hochleistungslasertechnik Präzisionsbearbeitung im Maschinenbau Univ.Prof.DI.Dr. F. Bleicher 25. Mai 2011 Seite 1

2 Organisation und Forschungsbereiche Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik Vorstand: Univ.Prof.Dr. F. Bleicher Forschungsbereich Spanende Fertigungstechnik Univ.Prof.Dr. F. Bleicher Forschungsbereich Laser- und Umformtechnik Univ.Prof.Dr.Ing. A. Otto Produktionsmesstechnik u. Qualität ao.univ.prof. Dr. N. Durakbasa Rechnerintegrierte Fertigung ao.univ.prof. Dr. B. Kittl Produktionstechnik Univ.Prof. Dr. F. Bleicher Intelligente Produktionssysteme ao.univ.prof. Dr. B. Katalinic Laser- und Umformtechnik ao.univ.prof. Dr. G. Liedl Produktionsqualität Produktionsmesstechnik Nanometrologie GPS - Geometrische Produktspezifikation NC-Steuerungstechnik Mechatronik Fertigungsleittechnik Produktionsplanung und -steuerung Automatisierungstechnik Technologie Spanende Fertigung Werkzeugmaschinen Handhabungsgeräte Produktionssystemanalyse und Gestaltung Layoutplanung Anlagenkonzepte Robotik Technologie - Innovation Laserbearbeitung laserunterstütztes Umformen Laser- und Optikentwicklung Präzisionsmesslabor ao.univ.prof. Dr. N. Durakbasa Labor für Produktionstechnik DI J. Bernreiter Labor für Fertigungstechnik ObRat Dr. R. Mertz Labor für Laserund Umformtechnik ao.univ.prof. Dr. G. Liedl Seite 2

3 Überblick 1 Systemische Prozessanalyse 2 Bohrungsbearbeitung 3 Glätten 4 Schlagverdichten 5 Zusammenfassung Seite 3

4 Gestaltabweichungen DIN 4760 Seite 4

5 Erreichbare gemittelte Rautiefen R z Errechenbare gemittelte Rauhtiefe Rz in Abhängigkeit vom Herstellverfahren nach DIN 4766 TI Seite 5

6 Zerspanungsprozesses - systemische Analyse Prozess Eingangsoperanden Ausgangsoperanden Systemgrößen Stellgrößen Prozessgrößen Wirkgrößen Maschine Schnittgeschwindigkeit Kräfte, Leistungen Rauheiten Werkzeug Vorschubgeschwindigkeit Temperaturen Maße, Form des Werkstückes Spannsystem Arbeitseingriff Schwingungen Randzonenbeeinflussung Werkstoff Kühlschmierstoff Akustische Emissionen Werkzeugverschleiß Rohteilform (Spanform) Maschinenveränderung Quelle: Tönshoff, Denkena Seite 6

7 Numerische Modellierung mit FEM Modellierung mit Abaqus Temperatur Einbinden eines Schadensmodells, z.b. Brozzo (TU Chemnitz) Spannung Seite 7

8 Standard- und Feinbearbeitung Zerspanung bei der Standardbearbeitung Zerspanung bei der Feinbearbeitung Seite 8

9 Randzoneneigenschaften Seite 9

10 Auslegung von WZM - Transferzentrum f kr ~ 35Hz f kr ~ 46Hz Seite 10

11 Prozessfähigkeit in Serienfertigung Seite 11

12 Überblick 1 Systemische Prozessanalyse 2 Bohrungsbearbeitung 3 Glätten 4 Schlagverdichten 5 Zusammenfassung Seite 12

13 Nachstellsystem mit Membran-Kippbohrkopf Werkzeug Membranbohrkopf Schubstange Spindel Quelle: Krauseco, Mauser Seite 13

14 Trompete: System Vorschub Z ACHSE Vorfeinbohren NC-gesteuertes Rückfeinbohren Zustellen Seite 14

15 Zeiss F25 Hochpräzisionsmesstechnik dreiachsige Koordinatenmesstechnik taktiles Messverfahren Messgenauigkeit ca. 120nm Messtaster mit Durchmesser 100µm Scannen von Oberflächen Aktuelle Forschungsthemen: Tastkopfentwicklung Entwicklung von Messstrategien Seite 15

16 Überblick 1 Systemische Prozessanalyse 2 Bohrungsbearbeitung 3 Glätten 4 Schlagverdichten 5 Zusammenfassung Seite 16

17 Glätten: Grundlagen umformendes Verfahren Diamantkugel gegen Oberfläche gepresst Werkzeug rotiert - Kippbohrkopf Druckspannungen führen zu Materialfließen geringe Rauhtiefe hoher Materialtraganteil Plateaubildung mit geringen Vertiefungen (als Schmierstofftaschen geeignet) keine herausragenden Spitzen Härtezunahme Glättkugel R Vorschubrichtung Werkstück aufgespannt Bilder Krauseco - Mauser Seite 17

18 Wirkprinzip Wirkprinzip Kugel frei = Ventil geschlossen Kugel im Eingriff = Ventil offen Kugel gegen Verlust gesichert Kugel rotiert, KSS tritt aus Seite 18

19 Glätten: Werkzeug Beispiel Bilder Krauseco - Mauser Seite 19

20 Glätten: Oberflächenbeschaffenheit Feingebohrte Oberfläche 500µm Übergang 200µm 200µm Geglättete Oberfläche 100µm Seite 20

21 Oberflächenvermessung - Infinite Focus Optisches 3D-Messverfahren Einsatz von moduliertem Weiß- Licht Reflektiertes Licht wird auf Sensor projektiert Distanz zwischen Objekt und Objektiv variiert Fokusvariation für Tiefenschärfemessung Ermittlung des 3D-Datensets der Geometrie Auswertung durch Linienschnitte Seite 21

22 Überblick 1 Systemische Prozessanalyse 2 Bohrungsbearbeitung 3 Glätten 4 Schlagverdichten 5 Zusammenfassung Seite 22

23 Schlagverdichten - Technologie Technologie kann auf konventionellen Bearbeitungszentren eingesetzt werden Flexibler Einsatz in der Bearbeitung von Oberflächen bei der 5-Achs-Bearbeitung Verbesserung der Oberflächenqualität durch Glättungseffekt Steigerung der mechanischen Eigenschaften von Oberflächen durch Verfestigungseffekte Seite 23

24 Verdichtungsklopfen - Technologie Seite 24

25 Verdichtungsklopfen Durch das Verdichtungsklopfen an Werkstückoberflächen resultieren bzw. können beeinflusst werden: Modifikation der Oberfläche durch Glätten, Strukturieren und Abprägen Erzeugen von Druckspannungen in der oberflächennahen Randzone (bis ca. 3mm) Erhöhung der Härte durch Kaltverfestigung Verbesserung der Verschleißfestigkeit werkstoffabhängige Stützwirkung für Beschichtungen mechanisches Auflegieren der Oberflächen strömungsmechanische Wirkung Realisierung hydrophiler bzw. hydrophober Oberflächen in tribologischen Anwendungen (Benetzbarkeit mit Fluiden) Hydrophobie Seite 25

26 Schlagverdichten - Umformvorgang Versuchsdurchführung Seitenversatz Materialfluss Ø 6 mm Path length Schlagkopf-DM = 6mm, Seitenversatz = 0,1mm Seite 26

27 Oberflächenmodifikation Schlagkopf-DM = 6mm, Seitenversatz = 0,1mm Path length Path length Übergang Bahnbeginn Spitzenhöhe: 37µm, Eindringtiefe: 24µm Übergang Bahnabschluss Path length Eindringtiefe: 37µm, Spitzenhöhe: 63µm Path length Seite 27

28 Überblick 1 Systemische Prozessanalyse 2 Bohrungsbearbeitung 3 Glätten 4 Schlagverdichten 5 Zusammenfassung Seite 28

29 Zusammenfassung Präzisionsbearbeitung macht einen systemischen Technologiezugang erforderlich Präzision resultiert aus Zusammenspiel Werkstück Werkzeug Prozess Maschine Einsatz aktiver Bearbeitungssysteme eröffnet neue Anwendungen Technologie erfordert entsprechende Messtechnik 1/100 fertigt man, 1µm verbiegt man Seite 29

30 Kontakt Institut für Fertigungstechnik u. Hochleistungslasertechnik Karlsplatz 13/ Wien Austria Tel.: +43-(0) Fax: +43-(0) Homepage: Seite 30