CFK-Schaft erweitert Anwendungsbereich großer Zerspanwerkzeuge

Anbieter zum Thema

Werksitz GmbH

trivid GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Bei der Entwicklung eines solchen Werkzeugsystems beinhaltet der erste notwendige Schritt die Messung der auftretenden Zerspankräfte und -momente sowie deren modellhafte Berechnung. Durch den Aufbau der Schneiden und die damit symmetrisch auftretenden Radialkräfte stabilisiert sich das Werkzeug, es folgt der bereits vorbearbeiteten Bohrung.

Masse- und Steifigkeitsverhältnis beim Werkzeug mit CFK-Schaft verbessert

Asymmetrisch verteilte Querkräfte treten bei nichtkonzentrischer Zustellung des Werkzeuges auf, um zum Beispiel vorangegangene Bearbeitungsungenauigkeiten auszugleichen. Die symmetrisch auftretenden Vorschubkräfte und der möglichst steife Werkzeugschaft stabilisieren das Werkzeug ausreichend.

Bild 2 stellt ein vereinfachtes Modell der auftretenden Quer- und Biegekräfte des Werkzeugschaftes dar. Neben den aus der Zerspanung resultierenden Vorschub-, Abdräng- und Prozesskräften sind in der Auslegung auch die Querkräfte aus dem Eigengewicht und Unwuchten zu berücksichtigen. Mit einem analytischen Modell auf Basis der Balkentheorie und einem FEM-Modell wurde der Aufbau des Faserverbundbauteils berechnet. Ein vereinfachtes Geometriemodell ermöglichte Optimierungen an der Struktur der Naben.

Das Masse-Steifigkeits-Verhältnis konnte durch den Einsatz von FEM- und Topologieoptimierungssoftware gezielt verbessert werden. Diese Optimierungen ermöglichten, das Gesamtgewicht des Werkzeuges von 28,5 auf 10,5 kg zu reduzieren. Aufgrund wirtschaftlicher und fertigungsspezifischer Anforderungen wurde als Fertigungsmethode auf das Faserwickelverfahren zurückgegriffen, weil es einen qualitativ hochwertigen und vor allem zuverlässig reproduzierbaren Grundkörper ermöglicht.

CFK-Leichtbauwerkzeug hat ebenfalls austauschbare Komponenten

Das in Bild 3 dargestellte Leichtbauwerkzeug ist modular aufgebaut und besteht aus der spindelseitigen Werkzeugschnittstelle, dem Werkzeugschaft in Hybridleichtbauweise und dem Schneidenträger. Ein Austausch der Komponenten wird durch herstellergenormte Schnittstellen ermöglicht.

Um die Genauigkeit der Schneidenposition einstellen zu können, verfügt die Schnittstelle zum Schneidenträger über eine Feinjustierung. Diese Justierung ermöglicht eine planare Einstellung der Schneiden relativ zur Werkzeugachse. Durch Austausch des Werkzeugschafts lässt sich das Werkzeug in seiner Länge entsprechend der Bearbeitungsaufgabe anpassen. Die Werkzeugschneide wird entsprechend der Bearbeitungsaufgabe gewechselt.

Referenz- und Leichtbauwerkzeug haben nahezu gleiche Steifigkeit

Masse, Steifigkeit und Dämpfung bestimmen die mechanischen Eigenschaften eines Werkzeuges. Der Wärmeausdehungskoeffizient und die spezifische Wärmekapazität des Faserverbundes beeinflussen die thermischen Eigenschaften. In Bild 4 ist das Steifigkeitsverhalten des Referenz- und des Leichtbauwerkzeuges dargestellt. Im relevanten Kraftbereich von 100 bis 500 N sind die Eigenschaften der Werkzeuge nahezu identisch.

(ID:30734560)