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Werkzeugmaschinen und FertigungstechnikWerkzeugtechnologie

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Werkzeugtechnologie

Innovative Fertigungsstrategien unterliegen einem ganzheitlichen Verständnis der Wechselwirkungen beteiligter Komponenten. Die Anwendung von z. B. Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungszerspanung sowie Hart- und Trockenbearbeitung setzt dabei die Kenntnis komplexer Zusammenhänge zwischen Werkzeug und Werkstück voraus. In betrachteten Dreh-, Fräs- und Bohrprozessen umfassen diese u. a. den Werkzeugverschleiß, die Standzeit, die Spanbildungsmechanismen, die Werkstückqualität und die Zerspankraftkomponenten. Stetig steigende Anforderungen an moderne Zerspanungsprozesse bezüglich Wiederholgenauigkeit, Produktivität oder auch Nachhaltigkeit erfordern daher den kontinuierlichen Wissenstransfer aus grundlagen- und anwendungsorientierten Entwicklungstätigkeiten. Die ansässigen Forschungsschwerpunkte umfassen u. a. Zerspanungssimulation, Schneidstoff- und Werkzeugentwicklung sowie CVD- und PVD-beschichtete Zerspanungswerkzeuganwendung mit unterschiedlichen Kühlstrategien. Dabei adressieren Grundlagen- als auch Industrieprojekte die experimentelle, analytische sowie simulative Analyse auftretender Wechselwirkungen zwischen Werkzeug und Werkstück.

Schaftfräser mit variierendem Werkzeugsubstrat für die Zerspanung von faserverstärkten Kunststoffen
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Themenübergreifend werden die Forschungstätigkeiten durch umfangreiche Zerspanungssimulationen unterstützt. Dies ermöglichen eine globale Betrachtung der Werkzeug-Werkstoff-Interaktion und Bewertung resultierender Prozessgrößen wie Temperatur, Spannung, Kraft und Druck. Als Schwerpunkt simulativer Arbeiten steht dabei die Analyse der Wechselwirkungen von Werkzeug, Werkstück und Kühlschmierstoff nasser Zerspanprozesse im Fokus. Hierbei ermöglicht die Anwendung der finiten-Pointset-Methode (FPM) erstmals die grundlegende numerische Untersuchung des Einflusses von Kühlschmierstoff auf den Zerspanungsprozess.

FPM-Simulation als Möglichkeit zur detaillierten Analyse und Auslegung von Zerspanungsprozessen
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Das Forschungspotential der Schneidstoff- bzw. der Werkzeugentwicklung besteht in der Analyse neuartiger Werkstoffkombinationen zwischen Werkzeug und Werkstück im Kontext industrieller Fertigungsprozesse. Im Rahmen aktueller Schneidstoffentwicklungen wird beispielsweise Niobkarbid (NbC) erfolgreich als Substitutionsmaterial der Wolframkarbid-Hartstoffphase konventioneller Hartmetallwerkzeuge eingesetzt.

NbC-Werkzeugentwicklung zur Anwendung in Fräs- und Drehprozessen
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Im Anwendungsbereich konventioneller Hartmetalle liegt hingegen ein Schwerpunkt in der Untersuchung von CVD- und PVD-beschichteten Zerspanungswerkzeuge. Erstere adressiert die Herausforderungen in der zerspanenden Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen aus der Luft- und Raumfahrt sowie des Automobilbaus. Neben faserverstärkten Kunstoffen zählen zu diesen auch Titan- und Aluminiumlegierungen. Letztere thematisiert die Hartbearbeitung warmfester Werkstoffe mit PcBN-beschichteten Werkzeugspezifikationen.

Werkzeug-Werkstück-Wechselwirkung während der Zerspanung einer Aluminiumlegierung
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Die ausgeprägte Kompetenz im Bereich der beschichteten Zerspanungswerkzeuge führt neben den Forschungsaktivitäten ebenfalls zur aktiven Beteiligung an Richtlinien- und Normungsarbeiten (www.vdi.de).
Darüber hinaus wird zum fachlichen Austausch zwischen Wissenschaft und Wirtschaft seit ca. 25 Jahren der Industrie-Arbeitskreis Werkzeugbeschichtungen und Schneidstoffe (https://werkzeugbeschichtung.ipk.fraunhofer.de/.info) vom IWF gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) organisiert. Diese Veranstaltung gewährleistet, dass aktuelle Erkenntnisse aus der industriellen Praxis vorgestellt, unter Beteiligung eines renommierten Fachpublikums diskutiert und potentielle Herausforderungen für zukünftige Forschungstätigkeiten definiert werden können.

Kooperation des Industriearbeitskreises Werkzeugbeschichtungen und Schneidstoffe
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Forschungsprojekte

Aktuelle Forschungsprojekte
Projekttitel
Fördergeber
Projektinformation
Multiphasen-Modellierungen von Kühlschmierstoff und dessen Aerosole in der Zerspanungssimulation mit der Finite-Pointset-Methode zur Untersuchung der Wirkungsmechanismen
DFG
Link
Analyse der Einflussgrößen auf die Haftung von CVD-Diamantdünnschichten an Hartmetallwerkzeugen
DFG
Link
Einsatzverhalten mikrostrukturierter Werkzeugschneiden mit integrierter Schmiermittelzufuhr
DFG
Link
Entwicklung niobcarbidbasierter Zerspanwerkzeuge sowie Untersuchung des Einsatzverhaltens im Zerspanprozess
DFG
Link
Simulationsgestützte Entwicklung eines Hochleistungswerkzeugs auf Grundlage eines definierten Eigenspannungsprofils
mit anwendungsspezifischer Fertigungsstrategie (Alter-Stress)
AiF
Link
Abgeschlossene Forschungsprojekte
Projekttitel
Fördergeber
Projektinformation
Simulationsgestützte Analyse des Einflusses von Kühlschmierstoff auf den Zerspanungsprozess
DFG
Link
Untersuchung der Wirkmechanismen bei der Hartbearbeitung unter Anwendung von beschichteten PcBN-Werkzeugen (nanocom)
AiF
Link
Diamant-Siliciumcarbid-Schichtsysteme für Zerspanungssysteme
DFG
Link

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