Ultrapräzisionsbearbeitungsmaschine
Final Report Abstract
Die beschaffte Ultrapräzisionsbearbeitungsmaschine kam bzw. kommt sowohl im Rahmen diverser öffentlich geförderter Forschungsvorhaben als auch in der Lehre zum Einsatz. Auf die Verwendung der Maschine wird im Folgenden näher eingegangen. Im Rahmen des öffentlich geförderten AIF-Projektes „Quo Vadis“, das sich mit der Entwicklung praxisgerechter Methoden zur flächenorientierten Messung von Mikrozahnrädern mit minimaler Messunsicherheit beschäftigt, wird die Ultrapräzisionsbearbeitungsmaschine zur Bauteilfertigung industrietauglicher Mikroverzahnungsnormale eingesetzt. Die definierten Anforderungen der Verzahnungsnormale (geradverzahntes Stirnrad mit einem Modul m < 0,3 aus Invarstahl) an Formabweichungen sind mit einer Toleranz von ± 0,5 µm definiert, um eine Bauteilgeometrie möglichst nahe an der Sollgeometrie zu erzielen. Mittels der Ultrapräzisionsbearbeitungsmaschine können die hohen Anforderungen an den Fertigungsprozess sowohl beim Bohren als auch beim Fräsen erfüllt werden. Im Schwerpunktprogramm SPP1712 „Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbautragstrukturen“ war die Fertigung von Werkzeugeinlegern für den Resin-Transfer-Molding-Prozess nötig. Die Werkzeugeinleger wiesen eine komplex geformte Freiformfläche auf, welche eine 5-Achs- Fräsbearbeitung erforderlich machten. Des Weiteren wurden hohe Anforderungen an die Oberfläche des Werkzeugeinlegers gestellt, da diese die Oberfläche des mittels Resin-Transfer-Molding-Prozess gefertigten Bauteils bestimmt. Die hohen Oberflächenanforderungen konnten auf der Ultrapräzisionsbearbeitungsmaschine mit den geforderten Toleranzen erfolgreich gefertigt werden. Im Rahmen des öffentlich geförderten Vorhabens „Profilregion Mobilitätssysteme Karlsruhe“ wurde am wbk das Schleuderverfahren zur Herstellung von Faserverbund-Metall-Wellen oder -profilen wissenschaftlich untersucht und weiterentwickelt. Hierbei war die Fertigung eines komplex geformten zweischaligen Werkzeuges mit hoher Oberflächengüte nötig, welches mit der Ultrapräzisionsbearbeitungsmaschine gefertigt wurde. Insbesondere zur Realisierung der hohen Oberflächengüte war der Einsatz der Ultrapräzisionsbearbeitungsmaschine erforderlich. Im DFG-Projekt „Umformtechnisch unterlagerte Prozessmodellierung des Linearspulenwickelprozesses“ wurden Wickelaufsätze für Spulenkörper gefertigt. Im Rahmen des Projektes wurde eine FE-Simulation durchgeführt, um die Topologie des Spulenkörpers hinsichtlich einer verbesserten Drahtablage zu optimieren. Die optimierte Struktur wies eine präzise Rillierung der Spulenkörper für die lagengenaue Herstellung von Wicklungen auf. Da die Drahttoleranzen sehr gering sind, müssen auch die Rillierungen entsprechend eng toleriert werden. Die Anforderungen an die Toleranzen der Zielstruktur konnten mit Hilfe der Ultrapräzisionsbearbeitungsmaschine mittels eines Fräsprozesses erfüllt werden. Im Rahmen der Lehrveranstaltung „Projekt Mikrofertigung“ kam die Ultrapräzisionsbearbeitungsmaschine im Wintersemester 2017/2018 zum Einsatz. Im Fokus stand eine Prozessauslegung des Mikrofräsprozesses durch die Studierenden zur Applizierung von Mikrobohrungen auf den Schaufelflächen eines generativ gefertigten Impellers aus einer Aluminiumlegierung. Diverse Anwendungen stellten hohe Anforderungen hinsichtlich der Oberflächengüte, der Form- und Lagetoleranz gefertigter Bauteile. Ins Besondere die Mikrobearbeitung gehärteten Stahls stellt auf Grund des hohen Verschleißes und der hohen Werkzeugabdrängung besondere Anforderungen an Prozessführung, um eine hohe Präzision zu gewährleisten. Mittels der Ultrapräzisionsbearbeitungsmaschine konnten diese Anforderungen erfüllt werden. Somit trägt diese Maschine entscheidend zum Gelingen der Forschungsvorhaben bei. Die 5-Achs Bearbeitung von Hartmetallwerkzeugen stellt diesbezüglich einen weiteren Schritt dar, durch welchen die Maschine in zukünftigen Projekten eine entscheidende Rolle einnehmen wird.
Publications
- Function-Oriented Measurements of Micro Gears for Lifetime Evaluation. Proceedings of SENSOR 2015 - 17th International Conference on Sensors and Measurement Technology, S. 441–446, 2015
Häfner B, Lanza G
(See online at https://doi.org/10.5162/sensor2015/C6.1) - Funktionsorientierte Qualitätssicherung zur Lebensdauerprognose von Mikrozahnrädern. Tagungsband 5. Kongress zur Getriebeproduktion (GETPRO), S. 267–278, 2015
Häfner B, Lanza G
- Quality Dependent Lifetime Prognosis of Micro Gears. Proceedings of 6th International Conference on Gears, S. 11m 1–10, 2015
Häfner B, Lanza G
- Function-Oriented Measurements and Uncertainty Evaluation of Micro-Gears for Lifetime Prognosis. CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol. 66, Nr. 1, 2017
Häfner B, Lanza G
(See online at https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.065) - Structure optimisation of metallic 5 load introduction elements embedded in CFRP. In Production Engineering 12:131- 140, Springer Verlag, 2018
Gebhardt J, Schwennen J, Lorenz F, Fleischer J
(See online at https://doi.org/10.1007/s11740-018-0820-5)
