Höhere Prozesssicherheit beim Mikrofräsen von gehärtetem Stahl

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Dies ist ein Nachweis dafür, dass auch in der Mikrohartbearbeitung in einem engen Prozessfenster ein korrektes Schneiden des Werkstoffes erreicht wird und ein Quetschen und Verdrängen vermieden werden kann. Weiterhin ist dieses Schneidverhalten optimierbar, da ein Zusammenhang der Prozessparameter mit dem Spänebild (Bröckelspan oder Spiralspan-Bruchstücke) aufgezeigt werden konnte.

Unterschiedliche Schnittparameter für Vorschlichten und Finishbearbeitung

Die Berechnung des Zeitspanvolumens zeigt dann allerdings auch, dass die höhere Qualität mit einer deutlich höheren Bearbeitungszeit einhergeht (0,35 mm³/min bei Variante 1 gegenüber 1,6 mm³/min bei Variante 2). Daraus folgt die Empfehlung, für das Vorschlichten Schnittparameter mit einem hohen Zeitspanvolumen und für die Finishbearbeitung Schnittparameter mit einem niedrigen Zeitspanvolumen zu wählen.

Die in den bisher durchgeführten Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse wurden zur Herstellung eines zweiteiligen Spritzgusswerkzeug-Prototypen (Bild 7 bis 9) verwendet. Die Besonderheit dieses Formeinsatzes ist eine Tasche mit komplexer Wellengeometrie als Bundabschluss am oberen Rand. Auch die Dichtflächen beider Formteilhälften besitzen diese Freiformflächen, sodass hohe Formgenauigkeiten einzuhalten sind, um Gratbildung beim Kunststoffspritzen zu vermeiden. Die Abmessungen der Tasche liegen bei etwa 2 mm × 2 mm × 2 mm.

Formabweichung <10 µm zum Computermodell beim Mikrofräsen erzielt

An beiden Formteilhälften konnte eine Formabweichung <10 µm zum Computermodell nachgewiesen werden (Bild 10 und 11). Das gesetzte Ziel einer Rauheit von Rz = 1 µm wurde ebenfalls erreicht. Die dabei gemessenen Rauheitswerte entsprachen mit einer gemittelten Rautiefe von Rz = 1,04 µm auf dem Wellenprofil, Rz = 0,6 µm auf der Flanke und Rz = 0,19 µm auf dem Taschenboden den Vorgaben oder übertrafen diese deutlich.

Der vorliegende Artikel zeigt die Untersuchungsergebnisse von Werkzeugen aus VHM und CBN zur Bearbeitung von gehärtetem Stahl für Anwendungen im Werkzeug- und Formenbau. Zunächst wurden die Werkzeuge hinsichtlich ihres Verschleißverhaltens verglichen. Außerdem wurde der Einfluss von Ölnebelschmierung und modifizierten Schnittparametern auf das Bearbeitungsergebnis und den Werkzeugverschleiß für beide Schneidstoffe untersucht.

Minimalmengenschmierung steigert Werkzeugstandzeit und Oberflächengüte

Dabei konnte festgestellt werden, dass sich für beide Schneidstoffe sowohl die Standzeit als auch die erzeugten Oberflächengüten durch den Einsatz von MMS im Vergleich zur Trockenbearbeitung beträchtlich steigern lassen. Aufgrund des geringeren Verschleißes sind CBN-Werkzeuge hinsichtlich Formgenauigkeit jedoch vorteilhaft gegenüber VHM-Werkzeugen einsetzbar und erzielten bei der Anwendung hoher Zahnvorschübe in Verbindung mit geringen Schnitttiefen auch anforderungskonforme Ergebnisse in Bezug auf die geforderte Oberflächenqualität.

Literatur

[1] Schubert, A., Schneider, J. und U. Eckert: Influence of special milling strategies on accuracy and surface quality of microstructured forms and prototypes. In: Proceedings of the 3rd International CIRP High Performance Cutting Conference, Volume I-II, Dublin 2008, S. 131-140.

[2] Filiz, A., Schubert, A., Schneider, J. und U. Eckert: An investigation of micro-machining parameters for fabrication ear-implants from titanium. In: The 5th International Conference on Micro Manufacturing 2010. Conference Proceedings: 5. bis 8. April 2010, Madison, Wisconsin, USA.

[3] Brecher, C., Schmitt, R., Lange, S., Koerfer, F., Niehaus, F. und R. Widemann: Großflächige Mikrostrukturierung. Werkstatttechnik, Springer VDI Verlag, 5/2006, S. 276-280

* Prof. Dr.-Ing. Andreas Schubert ist Leiter der Abteilung Präzisions- und Mikrofertigung am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in 09126 Chemnitz und Leiter der Professur Mikrofertigungstechnik an der TU Chemnitz. Dipl.-Ing. Jörg Schneider, Dipl.-Ing. Stefan Groß und Dipl.-Ing. Udo Eckert sind wissenschaftliche Mitarbeiter am Fraunhofer-IWU. Dipl.-Ing. Stefan Pinternagel ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur Mikrofertigungstechnik der TU Chemnitz

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