Ultraschallbearbeitung Ultraschall steigert Produktivität beim Zerspanen harter Werkstoffe

Die ultraschallunterstützte spanende Bearbeitung steigert die Abtragsleistung und damit die Produktivität deutlich, vor allem bei der Bearbeitung von sprödharten Werkstoffen wie Keramik. Die Optimierung der Ultraschallsysteme soll deren Einsatzmöglichkeiten erweitern.

Anbieter zum Thema

Hermann Kemper GmbH & Co. KG - Hersteller für CNC Drehteile

JUNG Hebe- und Transporttechnik GmbH

Fastems Systems GmbH

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Die Ultraschalltechnik ist zunehmend in vielen Bereichen wie in der Werkstoffprüfung, der Medizintechnik, der Reinigungstechnik, der spanenden Fertigungs- und in der Fügetechnik verbreitet. Bei der aktiven Anwendung des Ultraschalls steht die Wirkung auf die Materie als hocheffiziente Energieeinbringung im Vordergrund. Die Schwingungsenergie von Ultraschall wird dabei zur Verrichtung oder Verbesserung vieler Arbeitsprozesse in folgenden Anwendungsgebieten genutzt: medizinische Diagnostik, Verbindungstechnik sowie beim Drehen und Schleifen.

Ultraschallunterstützung erschließt Leistungspotenzial

Hybridprozesse wie ultraschallunterstützte spanende Fertigungsverfahren bergen große technologische Potenziale. Die Überlagerung der konventionellen Prozesskinematik mit einer axialen Ultraschallschwingung des Werkzeugs führt zu einem neuen Abtragsverhalten sowie zu neuen Eingriffsverhältnissen und kann die Prozesseffizienz erheblich steigern.

Durch Überlagerung des konventionellen Schleifprozesses mit einer Ultraschallschwingung des Werkzeugs können beispielsweise bei der Bearbeitung von sprödharten Werkstoffen wie Glas und Keramik für Optik- oder Verschleißschutz-Komponenten die Prozesskräfte stark reduziert und die Abtragsrate erhöht werden. Beim ultraschallunterstützten Superfinishing wird zum Beispiel die Bearbeitung von Lagerringen aus Hartmetallen durch eine Erhöhung des Abtrags beschleunigt. Die Oszillation des Werkzeugs ist eine Festkörper-Resonanzschwingung, die mit einem meist longitudinal schwingenden Ultraschallsystem erzeugt wird.

Einsatzmöglichkeiten des Ultraschalls beim Zerspanen optimieren und erweitern

Aufgrund der großen Potenziale dieser Technologie erforscht das Fraunhofer-IPT Auslegungsmethoden für Komponenten von Ultraschallsystemen für das Ultraschallschleifen, Ultraschallsuperfinishing, Ultraschalldrehen und für medizintechnische Anwendungen. Ziel ist es, die Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie zu optimieren und zu erweitern. Im Folgenden werden die Entwicklungen am Fraunhofer-IPT zu den beiden Hybridverfahren Ultraschallsuperfinishing und Ultraschallschleifen betrachtet. Darüberhinaus wird kurz auf das Ultraschalldrehen eingegangen.

Das Superfinishing kommt als abschließender Prozess bei der Bearbeitung zylindrischer Präzisionsbauteile zum Einsatz (Bild 1 – siehe Bildergalerie). Der Abtrag erfolgt dabei mit abrasiven Stein- und Bandwerkzeugen (Bild 2).

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