Fraunhofer IPT: Neue Fräswerkzeuge und -prozesse für Präzisionsformen aus Hartmetall
© Foto Fraunhofer IPT
Im Präzisionsformenbau würden viele Hersteller gerne häufiger hochharte Werkstoffe wie Hartmetalle einsetzen, um die Verschleißfestigkeit ihrer Werkzeuge zu verbessern. Jedoch lassen sich gerade Hartmetalle im gesinterten Zustand nur schwer zerspanen. Eines der Ziele im Forschungsprojekt »ProCarbiMill« war es daher, die Leistungsfähigkeit der Frästechnologien für die Herstellung von Formwerkzeugen aus Hartmetallen zu verbessern und damit unproduktivere, weniger flexible Verfahren wie die Funkenerosionoder das Schleifen zu ersetzen.
Bei der Bearbeitung von hochharten Werkstoffen wie Hartmetallen stoßen konventionelle Fräsprozesse schnell an ihre technologischen Grenzen. Dann kommen alternative, deutlich unproduktivere Verfahren zum Einsatz, wie die Funkenerosion (EDM) oder das Schleifen. Die Ursache dafür, dass Fräsprozesse hier nicht die gewünschten Ergebnisse erzielen, liegt in erster Linie in der geringen Leistungsfähigkeit der Fräswerkzeuge und nicht-angepassten Fräsprozessen. Im KMU-innovativ-Projekt »ProCarbiMill« untersuchte das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen deshalb zusammen mit seinen drei Industriepartnern Camaix GmbH, MPK Special Tools GmbH und Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH neue Fräswerkzeuge und Prozessführungsstrategien für das Fräsen von Hartmetallen.
Werkzeug- und Prozessentwicklung bis an die Grenze des technisch machbaren
Ein zentrales Ziel war es, die gesamte Prozesskette für die
Herstellung von Formwerkzeugen aus Hartmetall zu verkürzen. Für die
Werkzeugtechnologien bedeutete das, das gesamte thermo-mechanische
Belastungskollektiv sowie die Spanbildungsmechanismen beim Fräsen
detailliert zu untersuchen. Außerdem bestimmten die Partner den Einfluss
der Schneidengeometrie auf das Ergebnis des Fräsprozesses und sammelten
dabei umfassende Daten über die Auslegung geeigneter Fräswerkzeuge. Bei
der dazugehörigen Prozessentwicklung kam es den Projektpartnern vor
allem auf eine möglichst sanfte und gleichbleibende
Prozessführungsstrategie an, um wirtschaftliche Werkzeugstandzeiten und
reproduzierbare Qualität der Bauteiloberflächen zu erzielen. Das
erarbeitete Prozesswissen hielt Einzug in ein speziell entwickeltes,
standardisiertes CAM-Modul, das nun die Projektergebnisse für den
industriellen Einsatz nutzbar macht.
Als Endanwender der Frästechnologie stellte das Unternehmen MPK
Special Tools ein Beispiel-Bauteil zur Verfügung, das die
charakteristische geometrische Eigenschaften eines
Hartmetall-Formwerkzeugs repräsentierte. Zecha brachte als
Werkzeughersteller seine Expertise in der Fertigung von
Vollhartmetallfräswerkzeugen in das Projekt ein. Das Fraunhofer IPT
führte mit den bereitgestellten Werkzeugen und Bauteilen systematische
Zerspanungstests an einem Analogieprüfstand durch. Die gewonnenen
Informationen wurden dann durch den Softwarehersteller Camaix in einer
Datenbank gespeichert und schließlich mit einer speziell entwickelten
grafischen Benutzeroberfläche für die Prozessauslegung bereitgestellt.
Mehrfacher Nutzen für die beteiligten Unternehmen
Die beteiligten Unternehmen profitieren durch die erzielten
Ergebnisse gleich in mehrfacher Hinsicht: Zecha wird eine neue
Generation beschichteter Vollhartmetall-Fräswerkzeuge anbieten, die
speziell für die Hartmetallzerspanung geeignet sind. MPK Special Tools
als Endanwender nutzt diese Technologie nun dafür, sein Produktportfolio
zu erweitern und gefräste Formwerkzeuge aus Hartmetall am Markt
anzubieten. Und auch Camaix kann sein speziell entwickeltes CAM-Modul
für die Fräsbearbeitung von Hartmetall als Ergänzung für bestehende
Softwarelösungen am Markt anbieten.
Das Forschungsprojekt »ProCarbiMill« wurde durch das
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Förderprogramm
»KMU-innovativ« gefördert und durch den Projektträger Karlsruhe (PTKA)
betreut.