Fräsbearbeitung eines dünnwandigen Bauteils mithilfe einer NiTi-Spannhülse.
Fraunhofer IPT
Bei der Fräsbearbeitung entstehen häufig Fehler aufgrund von Werkzeugvibrationen. Forscher wollen solche Problemsituationen nun mit Funktionswerkstoffen meistern.
Weisen Bauteile komplexe, schwer zugängliche Geometrien auf, sind für deren Fräsbearbeitung lang auskragende Werkzeuge erforderlich. Und bestehen solche Bauteile zudem aus schwer zerspanbaren Hochleistungswerkstoffen und sind sie zudem noch dünnwandig wie etwa Turbinenschaufeln, gefährden Vibrationen den Erfolg: Die Oberflächengüte bleibt auch bei niedrigen Abtragsraten mangelhaft, die Werkzeuglebensdauer ist kurz und die Ausschussraten sind hoch. Häufig gelinge es in der Praxis bei entsprechender Prozessauslegung und Prozessüberwachung durch eine Frequenzanalyse Prozessstörungen zu identifizieren, berichten die Springer-Autoren Fritz Klocke und Wilfried König in "Fertigungsverfahren 1" aus Seite 411. So etwa "das Auftreten von Ratterschwingungen oder signifikante Veränderungen an ausgewählten Schneiden beim Fräsen."
Im Projekt "NiTiProstab" erforscht jetzt ein Industriekonsortium zusammen mit Forschern des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie (IPT) die Einsatzmöglichkeiten von superelastischen Formgedächtnislegierungen zur werkzeugseitigen Schwingungsdämpfung, um die Fräsbearbeitung prozesssicherer und effizienter zu gestalten. Das Werkzeugsystem soll dabei sowohl in seiner Steifigkeit als auch in der Dämpfung gezielt optimiert werden. Innere Werkstoffdämpfungseigenschaften superelastischer Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen halten hierfür nach Ansicht der Forscher ein bisher nicht erschlossenes Potenzial bereit.
Die Projektpartner sind zuversichtlich, dass sie eine erhöhte Prozessstabilität bei der Schlichtfräsbearbeitung von labilen Bauteil-Werkzeug-Kombinationen durch den Einsatz hochdämpfender NiTi-Werkstoffe in der Spannhülse des Werkzeugsystems erreichen können. Ziel des Projektes sind jedoch nicht nur verbesserte Bauteiloberflächen, erhöhte Werkzeugstand- sowie kürzere Bearbeitungszeiten. Neben der systematischen Entwicklung von Spannhülsen aus superelastischen Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen geht es im Forschungsprojekt auch um das praktische und theoretische Prozessverständnis sowie die Entwicklung einer Software für die Analyse der Fräswerkzeug-Nachgiebigkeit.