Strukturgrößen unter 10 µm wirtschaftlich mikrozerspanen

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

OSWALD Elektromotoren GmbH

trivid GmbH

Die in Bild 2 gezeigten Fräser verfügen über keine Beschichtung und haben einen Schneidkantenradius von weniger als 0,2 µm. Die Bearbeitungszeiten für ein Werkzeug liegen im Bereich von 10 min. Außer dem Potenzial zur Herstellung von Mikrofräswerkzeugen zeichnet sich das beschriebene Maschinenkonzept durch einen sehr geringen Platzbedarf von unter 1 m2 aus.

Mikroschleifstifte können auch sprödharte Werkstoffe bearbeiten

Um das bearbeitbare Werkstoffspektrum der Mikroschaftwerkzeuge auf sprödharte Werkstoffe zu erweitern, werden Mikroschleifstifte erforscht. Mit diesen Werkzeugen können Werkstoffe wie Quarz, Glas, Silicium, Keramiken und Hartmetall bearbeitet werden. Die Mikrostrukturierung mit Hilfe von Diamant oder CBN-beschichteten Schleifstiften ist ein in der Formgebung flexibles und gleichzeitig wirtschaftliches Verfahren.

Für die Herstellung solch kleiner Schleifwerkzeuge wurde die in Bild 4a gezeigte Maschine entwickelt. Diese dreiachsige Desktop-Maschine ist auf einer massiven Granitbasis aufgebaut und über eine Luftfederung von der Umgebung entkoppelt. Mit dieser Anlage ist es möglich, Schleifwerkzeuge mit einem Durchmesser bis 13 µm zu fertigen.

Speziell entwickelte Schleifspindel erreicht eine Drehfrequenz von 2 kHz

Drei Linearachsen haben eine Auflösung von 100 nm in X-, Y-, und Z-Richtung. Der Schleifstiftrohling wird in einer baugleichen Hochfrequenz-Luftlagerspindel, wie bereits beschrieben, gelagert. Der in Rotation versetzte Rohling wird mit Hilfe einer zweiten, gegenläufigen luftgelagerten Schleifspindel (Bild 5) auf die gewünschte Geometrie vorbearbeitet. Diese Schleifspindel wurde speziell dafür entwickelt und kann bis zu einer Drehfrequenz von 2 kHz genutzt werden.

Für die anschließende Beschichtung der geschliffenen Rohlinge verfügt die Maschine über eine Beschichtungsanlage, die den Schleifbelag in der gewünschten Körnung und Konzentration galvanisch aufbringt. Dieses automatische System eignet sich hervorragend für die wirtschaftliche Herstellung kleinster Mikro- schleifwerkzeuge mit einer durchschnittlichen Bearbeitungszeit für ein komplettes Werkzeug von etwa 10 bis 15 min.

Mikrofräser bearbeitet auch schwer zerspanbare Werkstoffe wie TiAl6Nb7

Zerspanversuche wurden auf der in Bild 1 gezeigten Maschine durchgeführt. Die Mikrofräser wurden erfolgreich für die Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen eingesetzt. In Bild 5 sind Mikrospäne und ein Graben in TiAl6Nb7 mit abgebrochenem Mikrofräser zu sehen. Der Werkzeugverschleiß der Mikrofräser ist zwar vorhanden, hat jedoch nur einen geringen Einfluss auf das Arbeitsergebnis.

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